JP2009250956A - Inertial force sensor - Google Patents

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JP2009250956A
JP2009250956A JP2008103322A JP2008103322A JP2009250956A JP 2009250956 A JP2009250956 A JP 2009250956A JP 2008103322 A JP2008103322 A JP 2008103322A JP 2008103322 A JP2008103322 A JP 2008103322A JP 2009250956 A JP2009250956 A JP 2009250956A
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JP2008103322A
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Jiro Terada
二郎 寺田
Ichiro Sato
佐藤  一郎
Takashi Imanaka
崇 今中
Takami Ishida
貴巳 石田
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Panasonic Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor improved in detection accuracy by suppressing misdetections, in the detection of acceleration. <P>SOLUTION: A detection element 1 includes a first detecting element 1a, and a second detecting element 1b and a third detecting element 1c, opposed to one another across the first detecting element 1a which surround the element 1a, and the detecting elements including first to fourth counter electrodes 14a, 16a, 18a, 20a disposed thereon with shifting so as not to be partially opposed to each other in the X-axial direction and having a square X-axial sectional shape and an irregular Y-axial sectional shape. An acceleration detection part detects acceleration, based on the capacitance change between the first and the second detecting elements 1a and 1b and a capacitance change of the counter electrodes of the first and the third detecting elements 1a and 1c. <P>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加速度を検出する慣性力センサに関する。
The present invention relates to an inertial force sensor that detects acceleration used in various electronic devices such as attitude control and navigation of a moving body such as an aircraft, an automobile, a robot, a ship, and a vehicle.

以下、従来のセンサについて説明する。   Hereinafter, a conventional sensor will be described.

図15は従来のセンサの断面図、図16は図15のA−A断面図である。   15 is a cross-sectional view of a conventional sensor, and FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

図15、図16において、従来のセンサは、円筒状の筐体40と、この筐体40の中に配置した円柱状の錘41と、この錘41と筐体40の対向面に配置した4組の対向電極42とを備えている。筐体40の底面には凹部43を設け、この凹部43に錘41のボス部44を挿入して錘41を支持している。   15 and 16, the conventional sensor includes a cylindrical housing 40, a columnar weight 41 disposed in the housing 40, and 4 disposed on an opposing surface of the weight 41 and the housing 40. And a pair of counter electrodes 42. A recess 43 is provided on the bottom surface of the housing 40, and the boss 44 of the weight 41 is inserted into the recess 43 to support the weight 41.

上記構成において、加速度により錘41が変位すると、対向電極42の間隔が変化し、対応する静電容量が変化する。この静電容量の変化によって、加速度の検出が可能となる。このような加速度を検出する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。   In the above configuration, when the weight 41 is displaced by acceleration, the interval between the counter electrodes 42 is changed, and the corresponding capacitance is changed. This change in capacitance makes it possible to detect acceleration. Such a sensor for detecting acceleration is used in a posture control device or a navigation device of a moving body such as a vehicle in correspondence with a detection axis to be detected.

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が知られている。
特開2002−55117号公報
As prior art document information related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
JP 2002-55117 A

上記構成では、対向電極42は筐体40と錘41の対向面にのみ配置されているので、対向電極42で発生する静電容量は小さく検出感度が小さいという問題点を有していた。   In the above configuration, since the counter electrode 42 is disposed only on the facing surface of the housing 40 and the weight 41, there is a problem that the capacitance generated by the counter electrode 42 is small and the detection sensitivity is low.

本発明は上記問題点を解決し、検出感度を大きくした慣性力センサを提供することを目的としている。   An object of the present invention is to solve the above problems and provide an inertial force sensor with increased detection sensitivity.

上記目的を達成するために本発明は、特に、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸において、第1、第2検出用素子のいずれか一方に配置した対向電極および第1、第3検出用素子のいずれか一方に配置した対向電極として、X軸方向において、一部が対向しないようにずらして配置するとともに、X軸断面を方形状としY軸断面を凹凸形状としたX対向電極を設けており、X軸方向の加速度は、前記対向電極のX軸方向における対向面積の変化に基づく静電容量変化を検出して加速度を検出し、Z軸方向の加速度は、前記対向電極のZ軸方向における対向距離の変化に基づく静電容量変化を検出して加速度を検出する構成である。   In order to achieve the above-described object, the present invention particularly provides a counter electrode and first and third detection electrodes arranged on one of the first and second detection elements in the X, Y, and Z axes orthogonal to each other. As the counter electrode disposed on either one of the elements for use, an X counter electrode having a X-axis cross section in a square shape and a Y-axis cross section in a concavo-convex shape is disposed so as not to be partially opposed in the X-axis direction. The acceleration in the X-axis direction is detected by detecting a capacitance change based on a change in the facing area of the counter electrode in the X-axis direction, and the acceleration in the Z-axis direction is determined by the Z of the counter electrode. In this configuration, the acceleration is detected by detecting a change in capacitance based on a change in the facing distance in the axial direction.

上記構成により、Z軸方向の加速度は、第1、第2検出用素子に配置した対向電極のZ軸方向における対向距離と、第1、第3検出用素子に配置した対向電極のZ軸方向における対向距離との変化に基づく静電容量変化を検出して加速度を検出している。   With the above configuration, the acceleration in the Z-axis direction is such that the opposing distance in the Z-axis direction of the counter electrode arranged in the first and second detection elements and the Z-axis direction of the counter electrode arranged in the first and third detection elements. The acceleration is detected by detecting a change in capacitance based on a change from the facing distance at.

互いに直交するX軸、Y軸、Z軸において、第1、第2、第3検出用素子をXY平面に配置した場合、加速度がZ軸方向に発生すると、例えば、第1、第2検出用素子に配置した対向電極のZ軸方向における対向距離が大きくなり静電容量が小さくなる。同時に、第1、第3検出用素子に配置した対向電極のZ軸方向における対向距離が小さくなり静電容量が大きくなる。または、その逆の現象が生じる。   When the first, second, and third detection elements are arranged on the XY plane in the X axis, Y axis, and Z axis that are orthogonal to each other, if acceleration occurs in the Z axis direction, for example, the first and second detection elements The opposing distance in the Z-axis direction of the counter electrode arranged in the element increases and the capacitance decreases. At the same time, the opposing distance in the Z-axis direction of the opposing electrodes arranged in the first and third detection elements is reduced and the capacitance is increased. Or the reverse phenomenon occurs.

すなわち、第1、第2検出用素子に配置した対向電極間の静電容量変化と、第1、第3検出用素子に配置した対向電極間の静電容量変化の2つの静電容量変化に基づいて加速度を検出するので、静電容量変化の感度が大きくなって検出感度を向上できる。   That is, there are two capacitance changes: a capacitance change between the counter electrodes arranged in the first and second detection elements, and a capacitance change between the counter electrodes arranged in the first and third detection elements. Since acceleration is detected based on this, the sensitivity of capacitance change is increased, and the detection sensitivity can be improved.

特に、対向電極としては、X軸断面を方形状としY軸断面を凹凸形状としたX対向電極を設けているので、2つの静電容量変化に基づいて加速度を検出する際に、検出精度を向上できる。第1、第2検出用素子に配置した対向電極間の静電容量変化と、第1、第3検出用素子に配置した対向電極間の静電容量変化は、互いに反比例の関係であって、対向電極間の距離に対して指数的に変化する。対向電極間距離が小さくなるにつれて、または、対向電極間距離が大きくなるにつれて、静電容量変化は大きくなる。   In particular, as the counter electrode, an X counter electrode having an X-axis cross section in a rectangular shape and a Y-axis cross section in a concavo-convex shape is provided. Therefore, when detecting acceleration based on two capacitance changes, detection accuracy is improved. It can be improved. The capacitance change between the counter electrodes arranged in the first and second detection elements and the capacitance change between the counter electrodes arranged in the first and third detection elements are in inverse proportion to each other, It varies exponentially with the distance between the counter electrodes. The capacitance change increases as the distance between the counter electrodes decreases or as the distance between the counter electrodes increases.

この結果、例えば、2つの静電容量変化を差動検出した場合、その差動検出された出力信号は入力加速度に対して曲線状に変化し、これが誤差検出となる可能性があるが、X対向電極はX軸断面を方形状としY軸断面を凹凸形状とすることによって、出力信号を入力加速度に対して直線状にすることができ、誤差検出が抑制されて非常に高精度の検出が可能となる。   As a result, for example, when two capacitance changes are differentially detected, the differentially detected output signal changes in a curve with respect to the input acceleration, which may result in error detection. The counter electrode has a rectangular X-axis cross section and a concave / convex Y-axis cross section, so that the output signal can be linear with respect to the input acceleration, and error detection is suppressed, so that highly accurate detection is possible. It becomes possible.

また、X軸方向の加速度は、第1、第2検出用素子に配置した対向電極のX軸方向における対向面積の変化に基づく静電容量変化と、第1、第3検出用素子に配置した対向電極のX軸方向における対向面積の変化に基づく静電容量変化を検出して加速度を検出している。この対向電極としては、X軸方向において、その一部が対向しないようにずらして配置するとともに、X軸断面を方形状としY軸断面を凹凸形状としたX対向電極を設けているので、加速度がX軸方向に発生すると、例えば、対向しないようにずらして配置していた部分が互いに対向し、対向面積が大きくなって静電容量が大きくなる。または、その逆の現象が生じる。   The acceleration in the X-axis direction is arranged in the capacitance change based on the change in the facing area in the X-axis direction of the counter electrode arranged in the first and second detection elements, and in the first and third detection elements. The acceleration is detected by detecting a change in capacitance based on a change in the facing area of the counter electrode in the X-axis direction. As this counter electrode, in the X-axis direction, the X-electrode is arranged so as not to be partly opposed, and is provided with an X-counter electrode having a rectangular X-axis cross section and a Y-axis cross-section. Is generated in the X-axis direction, for example, the portions that are shifted so as not to face each other face each other, and the facing area increases and the capacitance increases. Or the reverse phenomenon occurs.

すなわち、第1、第2検出用素子の対向電極間の静電容量変化と、第1、第3検出用素子の対向電極間の静電容量変化の2つの静電容量変化に基づいて加速度を検出するので、静電容量変化の感度が大きくなって検出感度を向上できる。   That is, the acceleration is calculated based on two capacitance changes: a capacitance change between the opposing electrodes of the first and second detection elements and a capacitance change between the opposing electrodes of the first and third detection elements. Since it detects, the sensitivity of a capacitance change becomes large and a detection sensitivity can be improved.

特に、対向電極としては、X軸方向において、その一部が対向しないようにずらして配置するとともに、X軸断面を方形状としY軸断面を凹凸形状としたX対向電極を設けているので、加速度がX軸方向に発生した際、そのX軸方向における対向面積の変化に基づく静電容量変化は比例の関係であって直線的に変化する。   In particular, as the counter electrode, in the X axis direction, the X counter electrode is arranged so as not to be opposed to each other, and the X counter electrode having a rectangular X-axis cross section and a Y-axis cross section is provided. When acceleration occurs in the X-axis direction, the change in capacitance based on the change in the facing area in the X-axis direction has a proportional relationship and changes linearly.

この結果、第1、第2検出用素子に配置した対向電極間の静電容量変化と、第1、第3検出用素子に配置した対向電極間の静電容量変化の2つの静電容量変化を検出した場合、その検出された出力信号は入力加速度に対して直線状にすることができ、誤差検出が抑制されて非常に高精度の検出が可能となる。   As a result, two capacitance changes, that is, a capacitance change between the counter electrodes arranged in the first and second detection elements and a capacitance change between the counter electrodes arranged in the first and third detection elements. When the signal is detected, the detected output signal can be made linear with respect to the input acceleration, and error detection is suppressed, and detection with very high accuracy becomes possible.

したがって、検出感度を大きくするだけでなく、Z軸方向とX軸方向の両方の加速度を高精度に検出することが可能である。   Therefore, not only can the detection sensitivity be increased, but also acceleration in both the Z-axis direction and the X-axis direction can be detected with high accuracy.

(実施の形態1)
図1は本発明の第1の実施の形態における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B−B断面図である。
(Embodiment 1)
1 is an exploded perspective view of a detection element of a sensor according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.

図1において、本発明の第1の実施の形態におけるセンサは、加速度検出部と角速度検出部を有する検出素子1を備えている。検出素子1は、第1検出用素子1a、第2検出用素子1b、第3検出用素子1cを有する。   In FIG. 1, the sensor according to the first embodiment of the present invention includes a detection element 1 having an acceleration detection unit and an angular velocity detection unit. The detection element 1 includes a first detection element 1a, a second detection element 1b, and a third detection element 1c.

第1検出用素子1aは、第1アーム8を第2アーム10に略直交方向に連結した2つの直交アームを有し、2つの第1アーム8の一端を支持部12にて支持し、2つの第1アーム8の他端を枠体形状の第1固定部4に連結し、枠体形状の第1固定部4の内方に2つの直交アームを配置させて形成している。   The first detection element 1a has two orthogonal arms in which the first arm 8 is connected to the second arm 10 in a substantially orthogonal direction, and one end of the two first arms 8 is supported by the support portion 12. The other end of each of the first arms 8 is connected to the frame-shaped first fixing portion 4, and two orthogonal arms are arranged inside the frame-shaped first fixing portion 4.

また、第2アーム10は、第2アーム10自身と対向するまでU字状に折曲し、折曲した第2アーム10の先端部に錘部3を連結している。枠体形状の第1固定部4は固定アーム7にて第2固定部6と連結し、第2固定部6の内方に第1固定部4を配置している。第1アーム8と支持部12とを略同一直線上に配置し、第1アーム8および第2アーム10を検出素子1の中心に対して対称配置している。   The second arm 10 is bent in a U shape until it faces the second arm 10 itself, and the weight 3 is connected to the tip of the bent second arm 10. The first fixing portion 4 having a frame shape is connected to the second fixing portion 6 by a fixing arm 7, and the first fixing portion 4 is disposed inside the second fixing portion 6. The first arm 8 and the support portion 12 are arranged on substantially the same straight line, and the first arm 8 and the second arm 10 are arranged symmetrically with respect to the center of the detection element 1.

そして、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸において、第1アーム8をX軸方向に配置するとともに第1固定部4にはX軸方向のみに弾性変形する第1弾性部9を設け、固定アーム7をY軸方向に配置するとともに第2固定部6にはY軸方向のみに弾性変形する第2弾性部11を設け、第2固定部6にて実装基板に実装している。この第1弾性部9は、第1アーム8と直交する第1固定部4の一部に、Y軸方向にスリット13を形成して設けており、第2弾性部11は、第2アーム10と直交する第2固定部6の一部に、X軸方向にスリット13を形成して設けている。   The first arm 8 is arranged in the X axis direction on the X axis, the Y axis, and the Z axis orthogonal to each other, and the first fixing portion 4 is provided with a first elastic portion 9 that is elastically deformed only in the X axis direction. The fixed arm 7 is disposed in the Y-axis direction, and the second fixed portion 6 is provided with a second elastic portion 11 that is elastically deformed only in the Y-axis direction, and is mounted on the mounting substrate by the second fixed portion 6. The first elastic portion 9 is formed by forming a slit 13 in a part of the first fixing portion 4 orthogonal to the first arm 8 in the Y-axis direction, and the second elastic portion 11 includes the second arm 10. A slit 13 is formed in a part of the second fixing portion 6 orthogonal to the X axis direction.

第2検出用素子1bは、錘部3の表面側に対向させ、各々の対向面に、第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20を配置して形成している。この第2検出用素子1bに配置した第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20として、X軸方向において、その一部が対向しないようにずらして配置するとともに、X軸断面を方形状としY軸断面を凹凸形状とした第1X対向電極〜第4X対向電極14a、16a、18a、20aを設けており、Y軸方向において、一部が対向しないようにずらして配置するとともに、Y軸断面を方形状としX軸断面を凹凸形状とした第1Y対向電極〜第4Y対向電極14b、16b、18b、20bを設けている。   The second detection element 1b is formed so as to face the surface side of the weight portion 3, and the first to fourth counter electrodes 14, 16, 18, and 20 are arranged on the respective facing surfaces. The first counter electrode to the fourth counter electrodes 14, 16, 18, and 20 arranged in the second detection element 1b are arranged so as to be shifted so as not to face each other in the X-axis direction. The first X to fourth X counter electrodes 14a, 16a, 18a, and 20a having a rectangular shape and a Y-axis cross section are provided, and are arranged so as to be partially offset from each other in the Y axis direction. The first Y counter electrode to the fourth Y counter electrodes 14b, 16b, 18b, and 20b having a rectangular Y-axis cross section and an X-axis cross section having an uneven shape are provided.

第3検出用素子1cは、錘部3の裏面側に対向させ、各々の対向面に、第5対向電極〜第8対向電極17、19、21、23を配置して形成している。この第3検出用素子1cに配置した第5対向電極〜第8対向電極17、19、21、23として、X軸方向において、その一部が対向しないようにずらして配置するとともに、X軸断面を方形状としY軸断面を凹凸形状とした第5X対向電極〜第8X対向電極17a、19a、21a、23aを設けている。また、Y軸方向において、その一部が対向しないようにずらして配置するとともに、Y軸断面を方形状としX軸断面を凹凸形状とした第5Y対向電極〜第8Y対向電極17b、19b、21b、23bを設けている。これらの凹凸形状は、例えば、図4(a)〜(d)に示すような形状の金属導体を配置して形成すればよい。その他、第2検出素子1b、第3検出素子1cの対向面そのものを凹凸形状にして金属導体を沿わせて形成したり、それらを組み合わせて凹凸形状の電極を形成したりしてもよい。   The third detection element 1c is formed so as to be opposed to the back surface side of the weight part 3, and the fifth to eighth counter electrodes 17, 19, 21, and 23 are disposed on the respective opposing surfaces. The fifth counter electrode to the eighth counter electrode 17, 19, 21, and 23 arranged in the third detection element 1c are arranged so as to be shifted so as not to face each other in the X-axis direction, and the X-axis cross section. Are arranged in a square shape, and the fifth to eighth X counter electrodes 17a, 19a, 21a, and 23a having a Y-axis cross-sectional shape are provided. Further, in the Y-axis direction, they are arranged so as not to be opposed to each other, and the fifth to eighth Y-facing electrodes 17b, 19b, and 21b have a Y-axis cross section having a rectangular shape and an X-axis cross section having an uneven shape. , 23b. These concavo-convex shapes may be formed by arranging metal conductors having shapes as shown in FIGS. 4 (a) to 4 (d), for example. In addition, the opposing surfaces themselves of the second detection element 1b and the third detection element 1c may be formed in a concavo-convex shape along the metal conductor, or a concavo-convex electrode may be formed by combining them.

上記の第1検出用素子1a、第2検出用素子1b、第3検出用素子1cにおいて、互いに対向する一方の2つの第2アーム10には錘部3を駆動振動させる駆動電極22およびその駆動を検知する検知電極24を配置するとともに、互いに対向する他方の2つの第2アーム10には、第2アーム10の歪を感知する第1感知電極26、第2感知電極28を配置している。これらの電極の内、少なくとも、駆動電極22、検知電極24、第1感知電極26、第2感知電極28は、圧電層を介在させた上部電極と下部電極とからなる。そして、これら第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20、第5対向電極〜第8対向電極17、19、21、23、駆動電極22、検知電極24、第1、第2感知電極26、28からは信号線(図示せず)が固定アーム7まで引き出され、この信号線の端部にてワイヤーボンディング等を介して実装基板の配線パターンに電気的に接続されている。   In the first detection element 1a, the second detection element 1b, and the third detection element 1c, the two second arms 10 facing each other have a drive electrode 22 that drives and vibrates the weight 3 and the drive thereof. The first sensing electrode 26 and the second sensing electrode 28 for sensing the distortion of the second arm 10 are arranged on the other two second arms 10 facing each other. . Among these electrodes, at least the drive electrode 22, the detection electrode 24, the first sensing electrode 26, and the second sensing electrode 28 are composed of an upper electrode and a lower electrode with a piezoelectric layer interposed therebetween. And these 1st counter electrode-4th counter electrode 14, 16, 18, 20, 5th counter electrode-8th counter electrode 17, 19, 21, 23, drive electrode 22, detection electrode 24, 1st, 2nd A signal line (not shown) is drawn from the sensing electrodes 26, 28 to the fixed arm 7, and is electrically connected to the wiring pattern of the mounting substrate through wire bonding or the like at the end of the signal line.

次に、角速度検出部および加速度検出部について説明する。   Next, the angular velocity detection unit and the acceleration detection unit will be described.

まず、角速度検出部について説明する。図5に示すように、互いに直交したX軸、Y軸、Z軸において、検出素子1の第1アーム8をX軸方向に配置して、第2アーム10をY軸方向に配置した場合、駆動電極22に共振周波数の交流電圧を印加すると、駆動電極22が配置された第2アーム10を起点に第2アーム10が駆動振動し、それに伴って錘部3も第2アーム10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)に駆動振動する。また、4つの第2アーム10および4つの錘部3の全てが同調して第2アーム10の対向方向(駆動信号方向)に駆動振動する。この検出素子1における駆動振動方向はX軸方向となる。   First, the angular velocity detection unit will be described. As shown in FIG. 5, when the first arm 8 of the detection element 1 is arranged in the X-axis direction and the second arm 10 is arranged in the Y-axis direction on the X axis, the Y axis, and the Z axis orthogonal to each other, When an AC voltage having a resonance frequency is applied to the drive electrode 22, the second arm 10 is driven to vibrate starting from the second arm 10 on which the drive electrode 22 is disposed, and accordingly, the weight 3 is also opposed to the second arm 10. Drive vibration occurs in the drive vibration direction indicated by the solid arrow and the dotted arrow. Further, all of the four second arms 10 and the four weight portions 3 are synchronously driven and vibrated in a direction opposite to the second arm 10 (drive signal direction). The driving vibration direction in the detection element 1 is the X-axis direction.

このとき、例えば、Z軸の左回りに角速度が生じた場合は、錘部3の駆動振動と同調して、錘部3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(Y軸方向))にコリオリ力が発生するので、第2アーム10にZ軸の左回りの角速度に起因した歪を発生させることができる。すなわち、コリオリ力に起因して撓むこの第2アーム10の状態変化(第2アーム10に発生した歪)によって、第1、第2感知電極26、28から電圧が出力され、この出力電圧に基づき角速度が検出される。   At this time, for example, when an angular velocity is generated in the counterclockwise direction of the Z axis, a direction (solid line arrow and dotted line arrow) perpendicular to the drive vibration direction with respect to the weight part 3 is synchronized with the drive vibration of the weight part 3. Since the Coriolis force is generated in the Coriolis direction (Y-axis direction) described above, distortion caused by the counterclockwise angular velocity of the Z-axis can be generated in the second arm 10. That is, a voltage is output from the first and second sensing electrodes 26 and 28 due to a change in the state of the second arm 10 that is bent due to the Coriolis force (a strain generated in the second arm 10). Based on this, the angular velocity is detected.

次に、加速度検出部について説明する。   Next, the acceleration detection unit will be described.

まず、Z軸方向の加速度について説明する。図1、図6に示すように、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸において、第1検出用素子1aと第2検出用素子1bと第3検出用素子1cをXY平面に配置した場合、加速度が発生していなければ、第1検出用素子1aと第2検出用素子1bの対向面に配置した第1対向電極14の対向距離(X1)と、第1検出用素子1aと第2検出用素子1bの対向面に配置した第2対向電極16の対向距離(X2)は所定の同間隔を有している。第5対向電極17の対向距離(X1)と、第6対向電極19の対向距離(X2)も同様であり、図示していないが、第3対向電極18の対向距離と第4対向電極20の対向距離も同様であり、第7対向電極21の対向距離と第8対向電極23の対向距離も同様である。   First, acceleration in the Z-axis direction will be described. As shown in FIGS. 1 and 6, the first detection element 1a, the second detection element 1b, and the third detection element 1c are arranged on the XY plane in the X axis, the Y axis, and the Z axis orthogonal to each other. If no acceleration occurs, the opposing distance (X1) of the first opposing electrode 14 disposed on the opposing surface of the first detecting element 1a and the second detecting element 1b, the first detecting element 1a and the second The opposing distance (X2) of the second opposing electrode 16 disposed on the opposing surface of the detection element 1b has a predetermined same interval. The counter distance (X1) of the fifth counter electrode 17 and the counter distance (X2) of the sixth counter electrode 19 are the same. Although not shown, the counter distance of the third counter electrode 18 and the counter distance of the fourth counter electrode 20 The facing distance is the same, and the facing distance of the seventh counter electrode 21 and the facing distance of the eighth counter electrode 23 are also the same.

このとき、例えば、Z軸方向に加速度が生じた場合、図1、図7に示すように、錘部3がZ軸方向に変位しようとして、第1アーム8や第2アーム10がZ軸方向に撓む。この結果、第1対向電極14の対向距離(X1)と、第2対向電極16の対向距離(X2)が変化する。すなわち、第1、第2検出用素子1a、1bの第1対向電極14の静電容量変化による第1容量信号と、第1、第2検出用素子1a、1bの第2対向電極16間の静電容量変化による第2容量信号とが変化する。第1容量信号が大きくなれば、第2容量信号が小さくなり、これらの差動検知信号に基づいて加速度を検出できる。   At this time, for example, when acceleration occurs in the Z-axis direction, the first arm 8 and the second arm 10 are moved in the Z-axis direction as shown in FIGS. Bend. As a result, the facing distance (X1) of the first counter electrode 14 and the facing distance (X2) of the second counter electrode 16 change. That is, between the first capacitance signal due to the capacitance change of the first counter electrode 14 of the first and second detection elements 1a and 1b and the second counter electrode 16 of the first and second detection elements 1a and 1b. The second capacitance signal due to the capacitance change changes. If the first capacitance signal increases, the second capacitance signal decreases, and acceleration can be detected based on these differential detection signals.

図8は、第1対向電極14の対向距離(X1)と、第2対向電極16の対向距離(X2)の変化に対する静電容量変化を示す特性図であり、図9は、入力加速度に対する出力電圧の変化を示す特性図、図10は図9のA部の拡大図である。図9に示すように、第1対向電極14の対向距離(X1)の変化に対する第1容量信号は特性波Aとして示され、第2対向電極16の対向距離(X2)の変化に対する第2容量信号は特性波Bとして示され、その合成特性波Cに基づいて加速度は検出される。図9によれば、出力電圧の基準値に対する大小によって、加速度の向きと大きさが検出されるものである。   FIG. 8 is a characteristic diagram showing a change in capacitance with respect to a change in the facing distance (X1) of the first counter electrode 14 and the facing distance (X2) of the second counter electrode 16, and FIG. 9 shows an output with respect to the input acceleration. FIG. 10 is an enlarged view of a part A in FIG. As shown in FIG. 9, the first capacitance signal with respect to the change in the facing distance (X1) of the first counter electrode 14 is shown as a characteristic wave A, and the second capacitance with respect to the change in the facing distance (X2) of the second counter electrode 16. The signal is shown as a characteristic wave B, and acceleration is detected based on the combined characteristic wave C. According to FIG. 9, the direction and magnitude of the acceleration are detected based on the magnitude of the output voltage with respect to the reference value.

ここで、図10に示すように、図9のA部において、差動検知信号はS字状の曲線形状となるので、この差動検知信号を直線状に近似している。図10において、差動検知信号(実線)に対して、入力加速度として加速度Aが加わると出力電圧として電圧Aが出力されるが、加速度の検出処理回路では、これは、直線近似した差動検知信号(点線)と交差する加速度Bであると算出するので、誤差検出されてしまう。   Here, as shown in FIG. 10, since the differential detection signal has an S-shaped curved shape in the portion A of FIG. 9, the differential detection signal is approximated to a straight line. In FIG. 10, when an acceleration A is applied as an input acceleration to a differential detection signal (solid line), a voltage A is output as an output voltage. In the acceleration detection processing circuit, this is a differential approximation that approximates a straight line. Since the acceleration B that intersects the signal (dotted line) is calculated, an error is detected.

そこで、誤差検出を抑制するために、差動検知信号(実線)を直線近似して、直線近似した差動検知信号(点線)に基づいて算出するようにしている。直線近似した差動検知信号(点線)に対して、入力加速度Aが加わると、出力電圧として電圧Bが出力されるので、加速度Bが入力されたと誤差検出することはない。   Therefore, in order to suppress error detection, the differential detection signal (solid line) is approximated by a straight line, and is calculated based on the differential detection signal (dotted line) approximated by a straight line. When an input acceleration A is applied to a linearly-approximate differential detection signal (dotted line), a voltage B is output as an output voltage. Therefore, no error is detected as the acceleration B is input.

この差動検知信号を直線近似する手段としては、例えば、上述した構成とすればよい。すなわち、第2検出用素子1b、第3検出用素子1cの対向面に配置した第1X対向電極〜第4X対向電極14a、16a、18a、20a、第1Y対向電極〜第4Y対向電極14b、16b、18b、20b、第5X対向電極〜第8X対向電極17a、19a、21a、23a、第5Y対向電極〜第8Y対向電極17b、19b、21b、23bを凹凸形状とすればよい。図4(a)〜(d)に示すような形状の金属導体をフォトリソグラフィーによるエッチング加工で形成配置すればよい。その他、第2検出用素子1b、第3検出用素子1cの対向面そのものを凹凸形状にして金属導体を沿わせて形成したり、それらを組み合わせて凹凸形状の電極を形成したりしてもよい。この結果、対向する電極間の距離に対する静電容量の変化量を自由に制御できるので、差動検知信号が直線近似されるように、第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20、第5対向電極〜第8対向電極17、19、21、23の形状を、所望の静電容量の変化量を得られる形状にすればよい。   For example, the above-described configuration may be used as means for linearly approximating the differential detection signal. That is, the first X counter electrode to the fourth X counter electrodes 14a, 16a, 18a, 20a and the first Y counter electrode to the fourth Y counter electrodes 14b, 16b arranged on the opposing surfaces of the second detection element 1b and the third detection element 1c. , 18b, 20b, the fifth X counter electrode to the eighth X counter electrode 17a, 19a, 21a, 23a, and the fifth Y counter electrode to the eighth Y counter electrode 17b, 19b, 21b, 23b may be formed in an uneven shape. A metal conductor having a shape as shown in FIGS. 4A to 4D may be formed and arranged by etching using photolithography. In addition, the opposing surfaces themselves of the second detection element 1b and the third detection element 1c may be formed in a concavo-convex shape along the metal conductor, or a concavo-convex electrode may be formed by combining them. . As a result, the amount of change in capacitance with respect to the distance between the facing electrodes can be freely controlled, so that the first to fourth counter electrodes 14, 16, 18,. 20, The shape of the fifth counter electrode to the eighth counter electrode 17, 19, 21, 23 may be a shape that can obtain a desired amount of change in capacitance.

次に、X軸方向の加速度について説明する。図1、図11に示すように、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸において、第1検出用素子1aと第2検出用素子1bと第3検出用素子1cをXY平面に配置した場合、加速度が発生していなければ、第1検出用素子1aと第2検出用素子1bの対向面に配置した第1対向電極14の対向距離(X1)と、第1検出用素子1aと第2検出用素子1bの対向面に配置した第2対向電極16の対向距離(X2)は所定の同間隔を有している。第5対向電極17の対向距離(X1)と、第6対向電極19の対向距離(X2)も同様であり、図示していないが、第3対向電極18の対向距離と第4対向電極20の対向距離も同様であり、第7対向電極21の対向距離と第8対向電極23の対向距離も同様である。   Next, the acceleration in the X-axis direction will be described. As shown in FIGS. 1 and 11, when the first detection element 1a, the second detection element 1b, and the third detection element 1c are arranged on the XY plane in the X axis, the Y axis, and the Z axis orthogonal to each other. If no acceleration occurs, the opposing distance (X1) of the first opposing electrode 14 disposed on the opposing surface of the first detecting element 1a and the second detecting element 1b, the first detecting element 1a and the second The opposing distance (X2) of the second opposing electrode 16 disposed on the opposing surface of the detection element 1b has a predetermined same interval. The counter distance (X1) of the fifth counter electrode 17 and the counter distance (X2) of the sixth counter electrode 19 are the same. Although not shown, the counter distance of the third counter electrode 18 and the counter distance of the fourth counter electrode 20 The facing distance is the same, and the facing distance of the seventh counter electrode 21 and the facing distance of the eighth counter electrode 23 are also the same.

このとき、例えば、X軸方向に加速度が生じた場合、図1、図12に示すように、錘部3がX軸方向に(W)だけ変位しようとして、第1弾性部材9がX軸方向に変位する。この結果、第1対向電極14、第2対向電極16、第5対向電極17、第6対向電極19の対向面積が変化する。すなわち、第1、第2検出用素子1a、1bの第1対向電極14、第2対向電極16の静電容量変化と、第1、第3検出用素子1a、1cの第5対向電極17、第6対向電極19の静電容量変化に基づいて加速度を検出できる。   At this time, for example, when acceleration occurs in the X-axis direction, as shown in FIGS. 1 and 12, the weight portion 3 tends to be displaced by (W) in the X-axis direction, and the first elastic member 9 moves in the X-axis direction. It is displaced to. As a result, the opposing areas of the first counter electrode 14, the second counter electrode 16, the fifth counter electrode 17, and the sixth counter electrode 19 change. That is, the capacitance change of the first counter electrode 14 and the second counter electrode 16 of the first and second detection elements 1a and 1b, and the fifth counter electrode 17 of the first and third detection elements 1a and 1c, The acceleration can be detected based on the capacitance change of the sixth counter electrode 19.

特に、X軸方向において、一部が対向しないようにずらして配置するとともに、X軸断面を方形状としY軸断面を凹凸形状としているので、加速度がX軸方向に発生した際、そのX軸方向における対向面積の変化に基づく静電容量変化は比例の関係であって直線的に変化する。この結果、検出された出力信号は入力加速度に対して直線状となり、誤差出力が抑制されるので、非常に高精度の検出が可能となる。   In particular, in the X-axis direction, the X-axis cross section is arranged so as not to be opposed to each other, and the X-axis cross section is rectangular and the Y-axis cross section is uneven. Therefore, when acceleration occurs in the X-axis direction, The capacitance change based on the change in the facing area in the direction is a proportional relationship and changes linearly. As a result, the detected output signal is linear with respect to the input acceleration, and the error output is suppressed, so that detection with very high accuracy is possible.

次に、Y軸方向の加速度について説明する。図1、図13に示すように、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸において、第1検出用素子1aと第2検出用素子1bと第3検出用素子1cをXY平面に配置した場合、加速度が発生していなければ、第1検出用素子1aと第2検出用素子1bの対向面に配置した第1対向電極14の対向距離(X1)と、第1検出用素子1aと第2検出用素子1bの対向面に配置した第3対向電極18の対向距離(X2)は所定の同間隔を有している。第5対向電極17の対向距離(X1)と、第7対向電極21の対向距離(X2)も同様であり、図示していないが、第2対向電極16の対向距離と第4対向電極20の対向距離も同様であり、第6対向電極19の対向距離と第8対向電極23の対向距離も同様である。   Next, the acceleration in the Y-axis direction will be described. As shown in FIGS. 1 and 13, the first detection element 1a, the second detection element 1b, and the third detection element 1c are arranged on the XY plane in the X axis, the Y axis, and the Z axis that are orthogonal to each other. If no acceleration occurs, the opposing distance (X1) of the first opposing electrode 14 disposed on the opposing surface of the first detecting element 1a and the second detecting element 1b, the first detecting element 1a and the second The opposing distance (X2) of the third opposing electrode 18 arranged on the opposing surface of the detection element 1b has a predetermined same interval. The counter distance (X1) of the fifth counter electrode 17 and the counter distance (X2) of the seventh counter electrode 21 are the same. Although not shown, the counter distance of the second counter electrode 16 and the counter distance of the fourth counter electrode 20 are not shown. The facing distance is the same, and the facing distance of the sixth counter electrode 19 and the facing distance of the eighth counter electrode 23 are also the same.

このとき、例えば、Y軸方向に加速度が生じた場合、図1、図14に示すように、錘部3がX軸方向に(W)だけ変位しようとして、第2弾性部材11がY軸方向に変位する。この結果、第1対向電極14、第3対向電極18、第5対向電極17、第7対向電極21の対向面積が変化する。すなわち、第1、第2検出用素子1a、1bの第1対向電極14、第3対向電極18の静電容量変化と、第1、第3検出用素子1a、1cの第5対向電極17、第7対向電極21の静電容量変化に基づいて加速度を検出できる。   At this time, for example, when acceleration occurs in the Y-axis direction, as shown in FIGS. 1 and 14, the weight portion 3 tends to be displaced by (W) in the X-axis direction, and the second elastic member 11 moves in the Y-axis direction. It is displaced to. As a result, the opposing areas of the first counter electrode 14, the third counter electrode 18, the fifth counter electrode 17, and the seventh counter electrode 21 change. That is, the capacitance changes of the first counter electrode 14 and the third counter electrode 18 of the first and second detection elements 1a and 1b, and the fifth counter electrode 17 of the first and third detection elements 1a and 1c, The acceleration can be detected based on the capacitance change of the seventh counter electrode 21.

特に、Y軸方向において、一部が対向しないようにずらして配置するとともに、Y軸断面を方形状としX軸断面を凹凸形状としているので、加速度がY軸方向に発生した際、そのY軸方向における対向面積の変化に基づく静電容量変化は比例の関係であって直線的に変化する。この結果、検出された出力信号は入力加速度に対して直線状となり、誤差出力が抑制されるので、非常に高精度の検出が可能となる。   In particular, in the Y-axis direction, the Y-axis cross section is arranged so as not to be opposed to each other, and the Y-axis cross section is rectangular and the X-axis cross section is uneven. Therefore, when acceleration occurs in the Y-axis direction, the Y axis The capacitance change based on the change in the facing area in the direction is a proportional relationship and changes linearly. As a result, the detected output signal is linear with respect to the input acceleration, and the error output is suppressed, so that detection with very high accuracy is possible.

上記構成により、Z軸方向の加速度は、第1、第2検出用素子1a、1bに配置した対向電極のZ軸方向における対向距離と、第1、第3検出用素子1a、1cに配置した対向電極のZ軸方向における対向距離との変化に基づく静電容量変化を検出して加速度を検出できる。互いに直交するX軸、Y軸、Z軸において、第1、第2、第3検出用素子1a、1b、1cをXY平面に配置した場合、加速度がZ軸方向に発生すると、例えば、第1、第2検出用素子1a、1bに配置した対向電極のZ軸方向における対向距離が大きくなり静電容量が小さくなる。同時に、第1、第3検出用素子1a、1cに配置した対向電極のZ軸方向における対向距離が小さくなり静電容量が大きくなる。または、その逆の現象が生じる。   With the above configuration, the acceleration in the Z-axis direction is arranged in the opposing distance in the Z-axis direction of the counter electrode arranged in the first and second detection elements 1a and 1b and in the first and third detection elements 1a and 1c. The acceleration can be detected by detecting the capacitance change based on the change of the counter electrode with the counter distance in the Z-axis direction. When the first, second, and third detection elements 1a, 1b, and 1c are arranged on the XY plane in the X, Y, and Z axes orthogonal to each other, if acceleration occurs in the Z axis direction, for example, the first The opposing distance in the Z-axis direction of the opposing electrodes arranged in the second detection elements 1a and 1b is increased, and the capacitance is reduced. At the same time, the opposing distance in the Z-axis direction of the opposing electrodes arranged on the first and third detection elements 1a and 1c is reduced, and the capacitance is increased. Or the reverse phenomenon occurs.

すなわち、第1、第2検出用素子1a、1bに配置した対向電極間の静電容量変化と、第1、第3検出用素子1a、1cに配置した対向電極間の静電容量変化の2つの静電容量変化に基づいて加速度を検出するので、静電容量変化の感度が大きくなって検出感度を向上できる。   That is, 2 of the capacitance change between the counter electrodes arranged in the first and second detection elements 1a and 1b and the capacitance change between the counter electrodes arranged in the first and third detection elements 1a and 1c. Since the acceleration is detected based on one capacitance change, the sensitivity of the capacitance change is increased and the detection sensitivity can be improved.

第1X対向電極〜第4X対向電極14a、16a、18a、20a、第1Y対向電極〜第4Y対向電極14b、16b、18b、20b、第5X対向電極〜第8X対向電極17a、19a、21a、23a、第1Y対向電極〜第4Y対向電極17b、19b、21b、23bを凹凸形状とすればよい。   First X counter electrode to fourth X counter electrode 14a, 16a, 18a, 20a, first Y counter electrode to fourth Y counter electrode 14b, 16b, 18b, 20b, fifth X counter electrode to eighth X counter electrode 17a, 19a, 21a, 23a The first Y counter electrode to the fourth Y counter electrode 17b, 19b, 21b, and 23b may be formed in an uneven shape.

特に、対向電極としては、X軸断面を方形状としY軸断面を凹凸形状とした第1X対向電極〜第4X対向電極14a、16a、18a、20aおよび第5X対向電極〜第8X対向電極17a、19a、21a、23aを設けているので、2つの静電容量変化に基づいて加速度を検出する際に、検出精度を向上できる。第1、第2検出用素子1a、1bに配置した対向電極間の静電容量変化と、第1、第3検出用素子1a、1cに配置した対向電極間の静電容量変化は、互いに反比例の関係であって、対向電極間の距離に対して指数的に変化する。対向電極間距離が小さくなるにつれて、または、対向電極間距離が大きくなるにつれて、静電容量変化は大きくなる。   In particular, as the counter electrode, the first X counter electrode to the fourth X counter electrodes 14a, 16a, 18a, 20a and the fifth X counter electrode to the eighth X counter electrode 17a having a rectangular X-axis cross section and a Y-axis cross section having an uneven shape, Since 19a, 21a, and 23a are provided, detection accuracy can be improved when detecting acceleration based on two capacitance changes. The capacitance change between the counter electrodes arranged in the first and second detection elements 1a and 1b and the capacitance change between the counter electrodes arranged in the first and third detection elements 1a and 1c are inversely proportional to each other. The relationship varies exponentially with respect to the distance between the counter electrodes. The capacitance change increases as the distance between the counter electrodes decreases or as the distance between the counter electrodes increases.

この結果、例えば、2つの静電容量変化を差動検出した場合、その差動検出された出力信号は入力加速度に対して曲線状に変化し、これが誤差検出となる可能性があるが、第1X対向電極〜第4X対向電極14a、16a、18a、20aおよび第5X対向電極〜第8X対向電極17a、19a、21a、23aはX軸断面を方形状としY軸断面を凹凸形状とすることによって、出力信号を入力加速度に対して直線状にすることができ、誤差検出が抑制されて非常に高精度の検出が可能となる。   As a result, for example, when two capacitance changes are differentially detected, the differentially detected output signal changes in a curve with respect to the input acceleration, which may result in error detection. 1X counter electrode to 4X X counter electrode 14a, 16a, 18a, 20a and 5X X to 8X counter electrode 17a, 19a, 21a, 23a are formed by making the X-axis cross section rectangular and the Y-axis cross section uneven. Since the output signal can be linear with respect to the input acceleration, error detection is suppressed and detection with very high accuracy is possible.

なお、第1Y対向電極〜第4Y対向電極14b、16b、18b、20bおよび第5Y対向電極〜第8Y対向電極17b、19b、21b、23bについては、Y軸断面を方形状としX軸断面を凹凸形状としているので、同様の効果を得ることができ、より一層高精度の検出が可能となる。   For the first Y counter electrode to the fourth Y counter electrode 14b, 16b, 18b, 20b and the fifth Y counter electrode to the eighth Y counter electrode 17b, 19b, 21b, 23b, the Y-axis cross section is rectangular and the X-axis cross section is uneven. Since the shape is adopted, the same effect can be obtained, and detection with higher accuracy becomes possible.

また、X軸方向の加速度は、第1、第2検出用素子1a、1bの対向電極のX軸方向における対向面積と、第1、第3検出用素子1a、1cの対向電極のX軸方向における対向面積との変化に基づく静電容量変化を検出して加速度を検出している。この対向電極としては、X軸方向において、一部が対向しないようにずらして配置するとともに、X軸断面を方形状としY軸断面を凹凸形状とした第1X対向電極〜第4X対向電極14a、16a、18a、20aおよび第5X対向電極〜第8X対向電極17a、19a、21a、23aを設けているので、加速度がX軸方向に発生すると、例えば、対向しないようにずらして配置していた部分が互いに対向し、対向面積が大きくなって静電容量が大きくなる。または、その逆の現象が生じる。   Further, the acceleration in the X-axis direction includes the opposing area in the X-axis direction of the counter electrodes of the first and second detection elements 1a and 1b and the X-axis direction of the counter electrodes of the first and third detection elements 1a and 1c. The acceleration is detected by detecting a change in capacitance based on a change from the facing area at. As this counter electrode, in the X-axis direction, the first X counter electrode to the fourth X counter electrode 14a, which are arranged so as not to be partially opposed to each other and have a rectangular X-axis cross section and a Y-axis cross section as an uneven shape, 16a, 18a, 20a and the fifth X to eighth X counter electrodes 17a, 19a, 21a, 23a are provided, so when acceleration occurs in the X-axis direction, for example, a portion that is shifted so as not to oppose Are opposed to each other, the facing area is increased, and the capacitance is increased. Or the reverse phenomenon occurs.

すなわち、第1、第2検出用素子1a、1bの対向電極間の静電容量変化と、第1、第3検出用素子1a、1cの対向電極間の静電容量変化の2つの静電容量変化に基づいて加速度を検出するので、静電容量変化の感度が大きくなって検出感度を向上できる。   That is, two electrostatic capacitances, that is, a capacitance change between the opposing electrodes of the first and second detection elements 1a and 1b and a capacitance change between the opposing electrodes of the first and third detection elements 1a and 1c. Since the acceleration is detected based on the change, the sensitivity of the capacitance change is increased and the detection sensitivity can be improved.

特に、対向電極としては、X軸方向において、一部が対向しないようにずらして配置するとともに、X軸断面を方形状としY軸断面を凹凸形状とした1X対向電極〜第4X対向電極14a、16a、18a、20aおよび第5X対向電極〜第8X対向電極17a、19a、21a、23aを設けているので、加速度がX軸方向に発生した際、そのX軸方向における対向面積の変化に基づく静電容量変化は比例の関係であって直線的に変化する。   In particular, as the counter electrode, in the X-axis direction, the X-axis direction is arranged so as not to be opposed to each other, the X-axis cross section is rectangular, and the Y-axis cross section is uneven. 16a, 18a, 20a and the fifth to eighth X counter electrodes 17a, 19a, 21a, 23a are provided, so that when acceleration is generated in the X-axis direction, the static based on the change in the facing area in the X-axis direction is provided. The capacitance change is a proportional relationship and changes linearly.

この結果、第1、第2検出用素子に配置した対向電極間の静電容量変化と、第1、第3検出用素子に配置した対向電極間の静電容量変化の2つの静電容量変化を検出した場合、その検出された出力信号を入力加速度に対して直線状にすることができ、非常に高精度の検出が可能となる。   As a result, two capacitance changes, that is, a capacitance change between the counter electrodes arranged in the first and second detection elements and a capacitance change between the counter electrodes arranged in the first and third detection elements. Is detected, the detected output signal can be linear with respect to the input acceleration, and detection with very high accuracy is possible.

なお、Y軸方向の加速度は、第1、第2検出用素子1a、1bの対向電極のY軸方向における対向面積と、第1、第3検出用素子1a、1cの対向電極のY軸方向における対向面積との変化に基づく静電容量変化を検出して加速度を検出している。この対向電極としては、Y軸方向において、一部が対向しないようにずらして配置するとともに、Y軸断面を方形状としX軸断面を凹凸形状とした第1Y対向電極〜第4Y対向電極14b、16b、18b、20bおよび第1Y対向電極〜第4Y対向電極17b、19b、21b、23bを設けているので、加速度がY軸方向に発生すると、例えば、対向しないようにずらして配置していた部分が互いに対向し、対向面積が大きくなって静電容量が大きくなる。または、その逆の現象が生じる。すなわち、X軸方向の検出と同様に、Y軸方向の検出においても、非常に高精度の検出が可能となる。   It should be noted that the acceleration in the Y-axis direction includes the opposing area in the Y-axis direction of the counter electrodes of the first and second detection elements 1a and 1b and the Y-axis direction of the counter electrodes of the first and third detection elements 1a and 1c. The acceleration is detected by detecting a change in capacitance based on a change from the facing area at. As this counter electrode, in the Y-axis direction, the first Y counter electrode to the fourth Y counter electrode 14b, which are arranged so as to be partially offset so as not to face each other and have a rectangular Y-axis cross section and an uneven X-axis cross section, 16b, 18b, 20b and the first Y counter electrode to the fourth Y counter electrode 17b, 19b, 21b, 23b are provided, and when acceleration occurs in the Y-axis direction, for example, a portion that is shifted so as not to oppose Are opposed to each other, the facing area is increased, and the capacitance is increased. Or the reverse phenomenon occurs. That is, as with detection in the X-axis direction, detection with very high accuracy is possible in detection in the Y-axis direction.

したがって、本発明の実施形態では、検出感度を大きくするだけでなく、Z軸方向とX軸方向とY軸方向の3つの加速度を高精度に検出することが可能である。   Therefore, in the embodiment of the present invention, not only the detection sensitivity is increased, but also three accelerations in the Z-axis direction, the X-axis direction, and the Y-axis direction can be detected with high accuracy.

さらに、本発明の実施形態では、加速度検出部によって、第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20および第5対向電極〜第8対向電極17、19、21、23の静電容量変化を検出して加速度を検出し、角速度検出部によって、コリオリ力に起因して撓む可撓部の状態変化を第1、第2感知電極26、28で検出し、一つの検出素子1で加速度と角速度を検出できるので、実装面積を低減して小型化が図れる。このとき、第2アームの先端部は錘部3として、この錘部3に対向電極を配置するので、慣性力が大きくなって、検出感度が向上する。   Further, in the embodiment of the present invention, the acceleration detection unit causes the first counter electrode to the fourth counter electrodes 14, 16, 18, 20 and the fifth counter electrode to the eighth counter electrodes 17, 19, 21, and 23 to be electrostatic. A change in capacitance is detected to detect acceleration, and an angular velocity detector detects a change in the state of the flexible portion that is bent due to the Coriolis force by the first and second sensing electrodes 26, 28. Thus, the acceleration and angular velocity can be detected, thereby reducing the mounting area and reducing the size. At this time, since the distal end portion of the second arm is the weight portion 3 and the counter electrode is disposed on the weight portion 3, the inertial force is increased and the detection sensitivity is improved.

本発明に係る慣性力センサは、検出感度を向上できるので、各種電子機器に適用できる
ものである。
Since the inertial force sensor according to the present invention can improve the detection sensitivity, it can be applied to various electronic devices.

本発明の第1の実施の形態における慣性力センサの検出素子の分解斜視図The disassembled perspective view of the detection element of the inertial force sensor in the 1st Embodiment of this invention 図1のA−A断面図AA sectional view of FIG. 図1のB−B断面図BB sectional view of FIG. 本慣性力センサに用いる対向電極の断面図Cross section of counter electrode used in this inertial force sensor 角速度検出時における同検出素子の動作状態図Operation state diagram of the detection element during angular velocity detection 対向基板配置時のA−A断面図AA cross-sectional view when the counter substrate is placed Z軸方向の加速度検出時における同検出素子の動作状態図Operation state diagram of the detection element when detecting acceleration in the Z-axis direction 対向電極間距離の変化に対する静電容量変化を示す特性図Characteristic diagram showing capacitance change with changes in distance between counter electrodes 入力加速度に対する出力電圧の変化を示す特性図Characteristic diagram showing change of output voltage with respect to input acceleration 図9のA部の拡大図Enlarged view of part A in FIG. 対向基板配置時のA−A断面図AA cross-sectional view when the counter substrate is placed X軸方向の加速度検出時における同検出素子の動作状態図Operation state diagram of the detection element when detecting acceleration in the X-axis direction 対向基板配置時のB−B断面図BB cross section when counter substrate is placed Y軸方向の加速度検出時における同検出素子の動作状態図Operation state diagram of the detection element when detecting acceleration in the Y-axis direction 従来の検出素子の断面図Sectional view of a conventional sensing element 図15のA−A断面図AA sectional view of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 検出素子
1a 第1検出用素子
1b 第2検出用素子
1c 第3検出用素子
3 錘部
4 第1固定部
6 第2固定部
7 固定アーム
8 第1アーム
9 第1弾性部
10 第2アーム
11 第2弾性部
12 支持部
13 スリット
14 第1対向電極
14a 第1X対向電極
14b 第1Y対向電極
16 第2対向電極
16a 第2X対向電極
16b 第2Y対向電極
17 第5対向電極
17a 第5X対向電極
17b 第5Y対向電極
18 第3対向電極
18a 第3X対向電極
18b 第3Y対向電極
19 第6対向電極
19a 第6X対向電極
19b 第6Y対向電極
20 第4対向電極
20a 第4X対向電極
20b 第4Y対向電極
21 第7対向電極
21a 第7X対向電極
21b 第7X対向電極
22 駆動電極
23 第8対向電極
23a 第8X対向電極
23b 第8Y対向電極
24 検知電極
26 第1感知電極
28 第2感知電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Detection element 1a 1st detection element 1b 2nd detection element 1c 3rd detection element 3 Weight part 4 1st fixing | fixed part 6 2nd fixing | fixed part 7 Fixed arm 8 1st arm 9 1st elastic part 10 2nd arm DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 2nd elastic part 12 Support part 13 Slit 14 1st counter electrode 14a 1X counter electrode 14b 1st Y counter electrode 16 2nd counter electrode 16a 2X counter electrode 16b 2nd Y counter electrode 17 5th counter electrode 17a 5X counter electrode 17b 5Y counter electrode 18 3rd counter electrode 18a 3X counter electrode 18b 3Y counter electrode 19 6th counter electrode 19a 6X counter electrode 19b 6Y counter electrode 20 4th counter electrode 20a 4X counter electrode 20b 4Y counter electrode 21 7th counter electrode 21a 7X counter electrode 21b 7X counter electrode 22 Drive electrode 23 8th counter electrode 23a 8X counter Electrode 23b first 8Y counter electrode 24 sensing electrode 26 first sensing electrode 28 second sensing electrode

Claims (7)

加速度検出部を有する検出素子を備え、
前記検出素子は、第1検出用素子と、前記第1検出用素子を挟んで、互いに対向する第2検出用素子および第3検出用素子とを有し、前記第1、第2、第3検出用素子の各々の対向面には対向電極を配置しており、
互いに直交するX軸、Y軸、Z軸において、
前記第1、第2検出用素子のいずれか一方に配置した前記対向電極および前記第1、第3検出用素子のいずれか一方に配置した前記対向電極として、X軸方向において、一部が対向しないようにずらして配置するとともに、X軸断面を方形状としY軸断面を凹凸形状としたX対向電極を設けており、
X軸方向の加速度は、前記対向電極のX軸方向における対向面積の変化に基づく静電容量変化を検出して加速度を検出し、
Z軸方向の加速度は、前記対向電極のZ軸方向における対向距離の変化に基づく静電容量変化を検出して加速度を検出する慣性力センサ。
A detection element having an acceleration detection unit;
The detection element includes a first detection element and a second detection element and a third detection element facing each other across the first detection element. The first, second, and third detection elements A counter electrode is arranged on each counter surface of the detection element,
In the X axis, Y axis, and Z axis orthogonal to each other,
A part of the counter electrode arranged in one of the first and second detection elements and the counter electrode arranged in either the first or third detection element are opposed in the X-axis direction. And an X counter electrode having an X-axis cross section in a square shape and a Y-axis cross section in a concavo-convex shape.
The acceleration in the X-axis direction is detected by detecting a change in capacitance based on a change in the facing area of the counter electrode in the X-axis direction,
The acceleration in the Z-axis direction is an inertial force sensor that detects an acceleration by detecting a change in capacitance based on a change in the facing distance of the counter electrode in the Z-axis direction.
前記第1、第2検出用素子のいずれか一方に配置した前記対向電極および前記第1、第3検出用素子のいずれか一方に配置した前記対向電極として、Y軸方向において、一部が対向しないようにずらして配置するとともに、Y軸断面を方形状としX軸断面を凹凸形状としたY対向電極を設けており、
Y軸方向の加速度は、前記対向電極のY軸方向における対向面積の変化に基づく静電容量変化を検出して加速度を検出する請求項1記載の慣性力センサ。
A part of the counter electrode arranged in one of the first and second detection elements and the counter electrode arranged in one of the first and third detection elements are opposed in the Y-axis direction. And a Y counter electrode having a Y-axis cross section having a rectangular shape and an X-axis cross section having an uneven shape,
The inertial force sensor according to claim 1, wherein the acceleration in the Y-axis direction is detected by detecting a change in capacitance based on a change in a facing area of the counter electrode in the Y-axis direction.
Z軸方向の加速度は、前記第1、第2検出用素子の前記対向電極間の静電容量変化による第1容量信号と、前記第1、第3検出用素子の前記対向電極間の静電容量変化による第2容量信号との差動検知信号に基づいて検出しており、前記第1容量信号と前記第2容量信号との差動検知信号を直線近似させるように前記対向電極の形状を凹凸形状とした請求項1記載の慣性力センサ。 The acceleration in the Z-axis direction is determined by the first capacitance signal due to the capacitance change between the counter electrodes of the first and second detection elements and the electrostatic capacitance between the counter electrodes of the first and third detection elements. The counter electrode is detected based on a differential detection signal with a second capacitance signal due to a capacitance change, and the shape of the counter electrode is linearly approximated to the differential detection signal between the first capacitance signal and the second capacitance signal. The inertial force sensor according to claim 1, wherein the inertial force sensor has an uneven shape. 前記第2、第3検出用素子の対向面に配置した対向電極面のみを凹凸形状とした請求項1記載の慣性力センサ。 2. The inertial force sensor according to claim 1, wherein only the opposing electrode surface disposed on the opposing surface of the second and third detection elements has an uneven shape. 前記第2、第3検出用素子の対向面のみを凹凸形状とした請求項1記載の慣性力センサ。 The inertial force sensor according to claim 1, wherein only the opposing surfaces of the second and third detection elements are uneven. 前記検出素子は、角速度検出部を有し、
前記第1検出用素子は、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支持部とを有し、
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する請求項1記載の慣性力センサ。
The detection element has an angular velocity detection unit,
The first detection element includes an orthogonal arm formed by connecting a first arm and a second arm in an orthogonal direction, and a support portion that supports one end of the first arm,
In the X, Y, and Z axes orthogonal to each other, the first arm is disposed in the X-axis direction, the second arm is disposed in the Y-axis direction, and the angular velocity detection unit is configured to move the second arm in the X-axis direction. The inertial force sensor according to claim 1, wherein the angular velocity is detected based on a state change of the detection element caused by the angular velocity.
前記第2アームの先端部は錘部とし、前記錘部に前記対向電極を配置した請求項6記載の慣性力センサ。 The inertial force sensor according to claim 6, wherein a tip portion of the second arm is a weight portion, and the counter electrode is disposed on the weight portion.
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