JP2010190705A - Three-axis detecting angular velocity sensor - Google Patents

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Ikuo Okoshi
偉生 大越
茂裕 ▲吉▼内
Shigehiro Yoshiuchi
Takeshi Sakagami
剛 阪上
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-axis detecting angular velocity sensor whose output signals do not fluctuate and are improved in accuracy even when an impulsive load in any of an X-axis direction, a Y-axis direction, and a Z-axis direction is applied to the acceleration sensor. <P>SOLUTION: This three-axis detecting angular velocity sensor is so constituted as to damp unwanted vibrations in the directions of the three axes of the X-axis, Y-axis, and Z-axis of its angular velocity detecting element 20 by a vibration isolating member 71. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、特に、X軸、Y軸およびZ軸の3軸方向の角速度を検出することが可能な3軸検出角速度センサに関するものである。   In particular, the present invention relates to a triaxial detection angular velocity sensor capable of detecting angular velocities in the triaxial directions of the X axis, the Y axis, and the Z axis.

従来のこの種の角速度センサは、図15に示すように構成されていた。   Conventional angular velocity sensors of this type have been configured as shown in FIG.

図15は従来の角速度センサの斜視図である。   FIG. 15 is a perspective view of a conventional angular velocity sensor.

図15において、1は角速度検出素子で、この角速度検出素子1はZ方向に立設された4つの振動部2を設けるとともに、この振動部2の外側面に圧電素子3を設け、さらに、振動部2の下部を一体に接続する接続部4を設けている。5は錘部で、この錘部5は前記角速度検出素子1における接続部4の下面に固着されている。6は金属製の防振部材で、この金属製の防振部材6は前記錘部5の下面と固着されているとともに、上方から下方にわたって台形形状の孔7を設け、かつ中心からX軸方向またはY軸方向に向かって延出する支持部8を設けている。また、前記金属製の防振部材6の外周側には、固定部9を設けており、この固定部9により、前記支持部8の外周側を連接して固定している。10はケースで、このケース10は前記金属製の防振部材6における固定部9の下面を上面に固定するとともに、前記角速度検出素子1の下側に位置して、直方体形状の穴11を設けている。12はシリコンゲルからなる防振部材で、この防振部材12は前記ケース10における穴11に充填されており、さらに、前記金属製の防振部材6における孔7にも充填されている。そして、前記シリコンゲルからなる防振部材12は角速度検出素子1のZ軸方向に設けられている。   In FIG. 15, reference numeral 1 denotes an angular velocity detection element. This angular velocity detection element 1 is provided with four vibration parts 2 erected in the Z direction, and a piezoelectric element 3 is provided on the outer surface of the vibration part 2. The connection part 4 which connects the lower part of the part 2 integrally is provided. Reference numeral 5 denotes a weight portion, and the weight portion 5 is fixed to the lower surface of the connection portion 4 in the angular velocity detecting element 1. Reference numeral 6 denotes a metal vibration-proof member. The metal vibration-proof member 6 is fixed to the lower surface of the weight portion 5 and has a trapezoidal hole 7 extending from the upper side to the lower side. Or the support part 8 extended toward the Y-axis direction is provided. Further, a fixing portion 9 is provided on the outer peripheral side of the metallic vibration-proof member 6, and the outer peripheral side of the support portion 8 is connected and fixed by the fixing portion 9. Reference numeral 10 denotes a case. The case 10 fixes the lower surface of the fixing portion 9 of the metal vibration isolating member 6 to the upper surface, and is provided with a rectangular parallelepiped hole 11 located below the angular velocity detecting element 1. ing. Reference numeral 12 denotes a vibration isolating member made of silicon gel. The vibration isolating member 12 is filled in the hole 11 in the case 10 and further filled in the hole 7 in the metallic vibration isolating member 6. The vibration isolating member 12 made of silicon gel is provided in the Z-axis direction of the angular velocity detecting element 1.

以上のように構成された従来の角速度センサについて、次にその動作を説明する。   Next, the operation of the conventional angular velocity sensor configured as described above will be described.

前記角速度検出素子1における圧電素子3に交流電圧を印加すると、図16に示すように、角速度検出素子1における4つの振動部2は、断面の対角線の方向でかつ互いに異なる方向に振動駆動する。そして、この状態において、角速度検出素子1にZ軸周りの角速度が発生すると、図17に示すように、振動駆動方向と垂直な方向にF=2mV×ωのコリオリ力が生じて振動部2が振動する。この振動により振動部2における圧電素子3に発生する電荷を、増幅して電圧に変換することにより、角速度検出素子1に発生する角速度を検出することができるものである。   When an AC voltage is applied to the piezoelectric element 3 in the angular velocity detection element 1, as shown in FIG. 16, the four vibrating portions 2 in the angular velocity detection element 1 are driven to vibrate in the diagonal direction of the cross section and in different directions. In this state, when an angular velocity around the Z-axis is generated in the angular velocity detecting element 1, a Coriolis force of F = 2 mV × ω is generated in a direction perpendicular to the vibration driving direction as shown in FIG. Vibrate. The angular velocity generated in the angular velocity detecting element 1 can be detected by amplifying the charge generated in the piezoelectric element 3 in the vibration section 2 by this vibration and converting it into a voltage.

ここで、角速度センサに外部より、Z軸方向の衝撃荷重が加わる場合を考えると、従来の角速度センサにおいては、シリコンゲルからなる防振部材12を角速度検出素子1のZ軸方向に設けているため、防振部材12の粘弾性により、衝撃荷重により生じた不要な振動を減衰させることとなる。従って、Z軸方向の衝撃荷重の影響により、角速度センサからの出力信号の変動を防止できるものであった。   Here, considering a case where an impact load in the Z-axis direction is applied to the angular velocity sensor from the outside, in the conventional angular velocity sensor, a vibration isolating member 12 made of silicon gel is provided in the Z-axis direction of the angular velocity detecting element 1. Therefore, the unnecessary vibration generated by the impact load is attenuated by the viscoelasticity of the vibration isolation member 12. Therefore, fluctuations in the output signal from the angular velocity sensor can be prevented due to the impact load in the Z-axis direction.

なお、この出願の発明に関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2000−213942号公報
As prior art document information relating to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
JP 2000-213942 A

しかしながら、上記従来の構成においては、シリコンゲルからなる防振部材12を角速度検出素子1のZ軸方向にのみ設けているため、Z軸方向の不要な振動を減衰させることができる反面、X軸方向またはY軸方向に、衝撃荷重が加わった場合には、その衝撃荷重により角速度検出素子が、X軸方向またはY軸方向に振動することとなり、角速度センサからの出力信号が変動してしまうという課題を有していた。   However, in the above-described conventional configuration, the vibration isolating member 12 made of silicon gel is provided only in the Z-axis direction of the angular velocity detecting element 1, so that unnecessary vibration in the Z-axis direction can be attenuated. When the impact load is applied in the direction or the Y-axis direction, the angular velocity detection element vibrates in the X-axis direction or the Y-axis direction due to the impact load, and the output signal from the angular velocity sensor changes. Had problems.

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、角速度センサに、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向のいずれの衝撃荷重が加わった場合であっても、出力信号が変動するということのない、出力信号の精度が向上した3軸検出角速度センサを提供することを目的とするものである。   The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and the output signal fluctuates regardless of the impact load applied to the angular velocity sensor in the X-axis direction, the Y-axis direction, or the Z-axis direction. An object of the present invention is to provide a three-axis detection angular velocity sensor with improved output signal accuracy.

上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有する。   In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.

本発明の請求項1に記載の発明は、X軸、Y軸およびZ軸の3軸方向の角速度を検出可能な角速度検出素子と、この角速度検出素子の上面または下面に当接するように設けるとともに前記角速度検出素子と電気的に接続されかつIC用電極パッドを設けたICと、前記角速度検出素子およびICを内側に収納するとともにICにおける前記IC用電極パッドとリードワイヤーにより電気的に接続された接続用電極パッドを設けたケースとを備え、前記ケースの内側に樹脂製の防振部材を充填するとともに、この防振部材により角速度検出素子のX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の3軸方向の不要な振動を減衰させるようにしたもので、この構成によれば、防振部材により角速度検出素子のX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の3軸方向の不要な振動を減衰させるようにしたため、X軸方向またはY軸方向に、衝撃荷重が加わった場合であっても、角速度検出素子がX軸方向またはY軸方向に振動することがなくなり、これにより、出力信号が安定するという作用効果を有するものである。   According to the first aspect of the present invention, an angular velocity detecting element capable of detecting angular velocities in the three axial directions of the X axis, the Y axis, and the Z axis, and an upper surface or a lower surface of the angular velocity detecting element are provided. An IC electrically connected to the angular velocity detecting element and provided with an IC electrode pad; the angular velocity detecting element and the IC are housed inside; and the IC electrode pad in the IC and electrically connected by a lead wire A case provided with a connection electrode pad, and a resin vibration isolating member is filled inside the case, and the vibration isolating member allows the angular velocity detecting element 3 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. In this configuration, unnecessary vibrations in the axial direction are attenuated, and according to this configuration, the vibration isolating member prevents the angular velocity detection element in the three axial directions of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. As a result, the angular velocity detecting element does not vibrate in the X-axis direction or the Y-axis direction even when an impact load is applied in the X-axis direction or the Y-axis direction. This has the effect of stabilizing the output signal.

本発明の請求項2に記載の発明は、特に、防振部材を角速度検出素子におけるX軸、Y軸およびZ軸の3軸方向にわたって設けたもので、この構成によれば、防振部材を角速度検出素子におけるX軸、Y軸およびZ軸の3軸方向にわたって設けたため、防振部材の粘弾性により、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向のいずれの衝撃荷重が加わっても角速度検出素子に生じる不要な振動を減衰させることができることとなり、これにより、角速度検出素子からの出力信号が安定するという作用効果を有するものである。   In the invention according to claim 2 of the present invention, in particular, the vibration isolating member is provided over the three axial directions of the X-axis, Y-axis, and Z-axis in the angular velocity detecting element. Since the angular velocity detection element is provided across the three axes of the X, Y, and Z axes, the angular velocity is detected regardless of the impact load in the X, Y, or Z directions due to the viscoelasticity of the vibration isolation member. Unnecessary vibration generated in the element can be attenuated, thereby having the effect of stabilizing the output signal from the angular velocity detecting element.

本発明の請求項3に記載の発明は、特に、樹脂製の防振部材をウレタンゲルまたはシリコンゲルとしたもので、この構成によれば、樹脂製の防振部材をウレタンゲルまたはシリコンゲルとしたため、液状の状態で、角速度検出素子を収納するケース内に充填した後、防振部材を硬化させることができることとなり、これにより、容易に防振部材を角速度検出素子のX軸、Y軸およびZ軸の3軸方向にわたって設けることが出来るという作用効果を有するものである。   The invention according to claim 3 of the present invention is a resin vibration-proof member made of urethane gel or silicon gel, and according to this configuration, the resin vibration-proof member is made of urethane gel or silicon gel. Therefore, after filling the case that accommodates the angular velocity detecting element in a liquid state, the vibration isolating member can be cured, whereby the vibration isolating member can be easily attached to the X axis, the Y axis, and the angular velocity detecting element. It has the effect that it can be provided over the three axes of the Z axis.

本発明の3軸検出角速度センサは、X軸、Y軸およびZ軸の3軸方向の角速度を検出可能な角速度検出素子と、この角速度検出素子の上面または下面に当接するように設けるとともに前記角速度検出素子と電気的に接続されかつIC用電極パッドを設けたICと、前記角速度検出素子およびICを内側に収納するとともにICにおけるIC電極バッドとリードワイヤーにより電気的に接続された接続用電極パッドを設けたケースとを備え、前記ケースの内側に樹脂製の防振部材を充填するとともに、この防振部材により角速度検出素子のX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の3軸方向の不要な振動を減衰させるようにしたもので、この構成によれば、防振部材により角速度検出素子のX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の3軸方向の不要な振動を減衰させるようにしたため、X軸方向またはY軸方向に、衝撃荷重が加わった場合であっても、角速度検出素子が衝撃荷重によりX軸方向またはY軸方向に振動することがなくなり、これにより、出力信号が安定した角速度センサを提供することができるという効果を有するものである。   The triaxial detection angular velocity sensor of the present invention is provided with an angular velocity detection element capable of detecting angular velocities in the triaxial directions of the X axis, the Y axis, and the Z axis, and in contact with an upper surface or a lower surface of the angular velocity detection element. An IC electrically connected to the detection element and provided with an electrode pad for IC, and the electrode pad for connection which accommodates the angular velocity detection element and IC inside and is electrically connected to the IC electrode pad and lead wire in the IC The case is filled with a resin vibration-proof member inside the case, and the vibration-proof member eliminates the need for the three axial directions of the angular velocity detecting element in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. According to this configuration, unnecessary vibrations in the three axial directions of the angular velocity detecting element in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are prevented by the vibration isolating member. As a result, the angular velocity detecting element will not vibrate in the X-axis direction or the Y-axis direction due to the impact load even when an impact load is applied in the X-axis direction or the Y-axis direction. The angular velocity sensor having a stable output signal can be provided.

以下、本発明の一実施の形態における3軸検出角速度センサについて、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a three-axis detection angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施の形態における角速度センサの斜視図、図2は同角速度センサの側断面図、図3は同角速度センサにおける角速度センサ素子の側断面図、図4は同角速度センサ素子の上面図である。図5は同角速度センサにおける角速度センサ素子の圧電体を設けた箇所の側断面図、図6は同角速度センサの回路図である。   1 is a perspective view of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side sectional view of the angular velocity sensor, FIG. 3 is a side sectional view of the angular velocity sensor element in the angular velocity sensor, and FIG. FIG. FIG. 5 is a side sectional view of a portion where the piezoelectric body of the angular velocity sensor element in the angular velocity sensor is provided, and FIG. 6 is a circuit diagram of the angular velocity sensor.

図1〜図6において、20はX軸、Y軸およびZ軸の3軸方向の角速度を検出可能な角速度検出素子で、この角速度検出素子は、上面の両辺側に段差部20aを設けるとともに、この段差部20aに複数の素子用電極パッド20bを設けている。また、前記角速度検出素子20は、図3に示すように、内部に直方体形状のSiからなる質量部21を設けている。そしてまた、前記角速度検出素子20には、Siからなる第1のX軸方向支持部材22を設けており、この第1のX軸方向支持部材22は、前記質量部21における一側面の上部を支持するとともに、上面の外側に一対のPZTからなる外側駆動圧電体23を設け、さらに上面の内側に一対のPZTからなる内側駆動圧電体24を設けているものである。また、前記第1のX軸方向支持部材22の上面には、前記一対の外側駆動圧電体23の間に位置して、外側検出圧電体25を設けており、さらに前記内側駆動圧電体24の間に位置して、内側検出圧電体26を設けているものである。さらに、前記角速度センサ素子20にはSiからなる第2のX軸方向支持部材27を設けており、この第2のX軸方向支持部材27は、前記質量部21における前記第1のX軸方向支持部材22を設けた側と反対側の一側面の上部を支持するとともに、上面の外側に一対のPZTからなる外側駆動圧電体28を設け、さらに上面の内側に一対のPZTからなる内側駆動圧電体29を設けているものである。また、前記第2のX軸方向支持部材27の上面には、前記一対の外側駆動圧電体28の間に位置して、外側検出圧電体30を設けており、さらに前記内側駆動圧電体29の間に位置して、内側検出圧電体31を設けているものである。   1 to 6, reference numeral 20 denotes an angular velocity detection element capable of detecting angular velocities in the three axes directions of the X axis, the Y axis, and the Z axis. The angular velocity detection element has step portions 20 a on both sides of the upper surface, A plurality of element electrode pads 20b are provided on the stepped portion 20a. Further, as shown in FIG. 3, the angular velocity detecting element 20 has a mass portion 21 made of Si in a rectangular parallelepiped shape. Further, the angular velocity detecting element 20 is provided with a first X-axis direction support member 22 made of Si, and the first X-axis direction support member 22 has an upper portion on one side surface of the mass portion 21. In addition to supporting, an outer driving piezoelectric body 23 made of a pair of PZTs is provided outside the upper surface, and an inner driving piezoelectric body 24 made of a pair of PZTs is further provided inside the upper surface. Further, on the upper surface of the first X-axis direction support member 22, an outer detection piezoelectric member 25 is provided between the pair of outer drive piezoelectric members 23. An inner detection piezoelectric body 26 is provided between them. Further, the angular velocity sensor element 20 is provided with a second X-axis direction support member 27 made of Si, and the second X-axis direction support member 27 is the first X-axis direction of the mass portion 21. While supporting the upper part of one side opposite to the side on which the support member 22 is provided, an outer driving piezoelectric body 28 made of a pair of PZTs is provided outside the upper surface, and an inner driving piezoelectric material made of a pair of PZTs inside the upper surface. A body 29 is provided. Further, on the upper surface of the second X-axis direction support member 27, an outer detection piezoelectric body 30 is provided between the pair of outer drive piezoelectric bodies 28. The inner detection piezoelectric body 31 is provided between them.

また、前記角速度センサ素子20にはSiからなる第1のY軸方向支持部材32を設けており、この第1のY軸方向支持部材32は、前記質量部21における一側面の上部を支持するとともに、上面の外側に一対のPZTからなる外側駆動圧電体33を設け、さらに上面の内側に一対のPZTからなる内側駆動圧電体34を設けているものである。また、前記第1のY軸方向支持部材32の上面には、前記一対の外側駆動圧電体33の間に位置して、外側検出圧電体35を設けており、さらに前記内側駆動圧電体34の間に位置して、内側検出圧電体36を設けているものである。そしてまた、前記第1のY軸方向支持部材32の上面には、前記外側駆動圧電体33の外側に位置して外側モニタ圧電体37を設けるとともに、内側駆動圧電体34の外側に位置して内側モニタ圧電体38を設けているものである。   The angular velocity sensor element 20 is provided with a first Y-axis direction support member 32 made of Si, and the first Y-axis direction support member 32 supports an upper portion of one side surface of the mass portion 21. In addition, an outer drive piezoelectric body 33 made of a pair of PZT is provided outside the upper surface, and an inner drive piezoelectric body 34 made of a pair of PZT is further provided inside the upper surface. Further, on the upper surface of the first Y-axis direction support member 32, an outer detection piezoelectric body 35 is provided between the pair of outer drive piezoelectric bodies 33. An inner detection piezoelectric body 36 is provided between them. Further, on the upper surface of the first Y-axis direction support member 32, an outer monitor piezoelectric body 37 is provided outside the outer drive piezoelectric body 33 and is positioned outside the inner drive piezoelectric body 34. An inner monitor piezoelectric body 38 is provided.

そしてまた、前記角速度センサ素子20にはSiからなる第2のY軸方向支持部材39を設けており、この第2のY軸方向支持部材39は、前記質量部21における前記第1のY軸方向支持部材32を設けた側と反対側の一側面の上部を支持するとともに、上面の外側に一対のPZTからなる外側駆動圧電体40を設け、さらに上面の内側に一対のPZTからなる内側駆動圧電体41を設けているものである。また、前記第2のY軸方向支持部材39の上面には、前記一対の外側駆動圧電体40の間に位置して、外側検出圧電体42を設けており、さらに前記内側駆動圧電体39の間に位置して、内側検出圧電体67を設けているものである。そしてまた、前記第2のY軸方向支持部材39の上面には、一対の内側駆動圧電体41の外側に位置して一対の内側モニタ圧電体43を設けているものである。   The angular velocity sensor element 20 is provided with a second Y-axis direction support member 39 made of Si. The second Y-axis direction support member 39 is the first Y-axis in the mass portion 21. While supporting the upper part of one side opposite to the side on which the direction support member 32 is provided, an outer driving piezoelectric body 40 made of a pair of PZTs is provided outside the upper surface, and further, an inner driving made of a pair of PZTs is placed inside the upper surface. A piezoelectric body 41 is provided. Further, an outer detection piezoelectric body 42 is provided on the upper surface of the second Y-axis direction support member 39 so as to be positioned between the pair of outer drive piezoelectric bodies 40, and An inner detection piezoelectric body 67 is provided between them. Further, a pair of inner monitor piezoelectric bodies 43 are provided on the upper surface of the second Y-axis direction support member 39 so as to be located outside the pair of inner drive piezoelectric bodies 41.

また、前記第1のX軸方向支持部材22の上面に位置する外側駆動圧電体23および外側検出圧電体25は、図5に示すように、Siからなる第1のX軸方向支持部材22の上面に設けたPtとTiとの合金薄膜からなる共通GND電極44の上面に設けられ、そして、外側駆動圧電体23の上面に駆動電極45を設けるとともに、外側検出圧電体25の上面に検出電極46を設けているものである。   Further, as shown in FIG. 5, the outer drive piezoelectric body 23 and the outer detection piezoelectric body 25 located on the upper surface of the first X-axis direction support member 22 are formed of the first X-axis direction support member 22 made of Si. Provided on the upper surface of the common GND electrode 44 made of an alloy thin film of Pt and Ti provided on the upper surface, and provided with a drive electrode 45 on the upper surface of the outer drive piezoelectric member 23 and a detection electrode on the upper surface of the outer detection piezoelectric member 25. 46 is provided.

そして、前記外側駆動圧電体23、28、33、42、内側駆動圧電体24、29、34、41、外側検出圧電体25、30、35、42および内側検出圧電体26、31、36、43は回路パターン(図示せず)により、前記素子用電極パッド20bと電気的に接続されている。   The outer driving piezoelectric members 23, 28, 33, 42, the inner driving piezoelectric members 24, 29, 34, 41, the outer detecting piezoelectric members 25, 30, 35, 42, and the inner detecting piezoelectric members 26, 31, 36, 43. Is electrically connected to the element electrode pad 20b by a circuit pattern (not shown).

そしてまた、前記質量部21は、第1のX軸方向支持部材22、第2のX軸方向支持部材27、第1のY軸方向支持部材32および第2のY軸方向支持部材39で支持することにより、X軸方向の駆動周波数が39kHz、Y軸方向の駆動周波数が41kHz、Z軸方向の駆動周波数が40kHzになるように構成されているものである。すなわち、質量部21の駆動周波数がX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向でそれぞれ異なるようにするとともに、Z軸方向の駆動周波数が中央の値になるように設定されているものである。   The mass portion 21 is supported by the first X-axis direction support member 22, the second X-axis direction support member 27, the first Y-axis direction support member 32, and the second Y-axis direction support member 39. By doing so, the drive frequency in the X-axis direction is 39 kHz, the drive frequency in the Y-axis direction is 41 kHz, and the drive frequency in the Z-axis direction is 40 kHz. That is, the driving frequency of the mass portion 21 is set to be different in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, and the driving frequency in the Z-axis direction is set to a central value.

そして、前記第1のX軸方向支持部材22、第2のX軸方向支持部材27、第1のY軸方向支持部材32および第2のY軸方向支持部材39は、図4に示すように、それらの間に4つの孔19を有するとともに、外周側を一体に接続した外周部69を設けているものである。   The first X-axis direction support member 22, the second X-axis direction support member 27, the first Y-axis direction support member 32, and the second Y-axis direction support member 39 are as shown in FIG. In addition, there are four holes 19 between them, and an outer peripheral portion 69 in which the outer peripheral side is integrally connected is provided.

47はSiからなる有底四角形筒状の枠体で、この枠体47は前記第1のX軸方向支持部材22、第2のX軸方向支持部材27、第1のY軸方向支持部材32および第2のY軸方向支持部材39と連接された外周部69を支持しているものである。   Reference numeral 47 denotes a bottomed rectangular cylindrical frame made of Si. The frame 47 includes the first X-axis direction support member 22, the second X-axis direction support member 27, and the first Y-axis direction support member 32. And the outer peripheral part 69 connected with the 2nd Y-axis direction supporting member 39 is supported.

48はICで、このIC48は前記角速度センサ素子20の外底面と上面で当接するとともに、上面の両側に複数のIC用電極パッド48aを設けており、このIC用電極パッド48aを前記角速度検出素子20における素子用電極パッド20bとリードワイヤー48bにより電気的に接続されている。   Reference numeral 48 denotes an IC. The IC 48 is in contact with the outer bottom surface of the angular velocity sensor element 20, and a plurality of IC electrode pads 48a are provided on both sides of the upper surface. The IC electrode pads 48a are connected to the angular velocity detection element. 20 is electrically connected to the element electrode pad 20b and the lead wire 48b.

また、前記IC48は、図6に示すように、駆動回路49と検出回路50で構成され、そして、駆動回路49は、Z軸方向駆動回路51aと、Y軸方向駆動回路51bとで構成されているものである。そしてまた、前記Z軸方向駆動回路51aは第1のY軸方向支持部材32における外側モニタ圧電体37と第2のY軸方向支持部材39における内側モニタ圧電体43とからの出力信号の差動値をZ軸方向駆動回路51aにおけるIV変換器52、バンドパスフィルター53およびAGC回路54を介して外側駆動圧電体23、28、33、40および内側駆動圧電体24、29、34、41に入力することにより、質量部21をZ軸方向に一定の振幅で振動駆動させているものである。また、これと同様に、前記Y軸方向駆動回路51bは第1のY軸方向支持部材32における内側モニタ圧電体38と第2のY軸方向支持部材39における内側モニタ圧電体43とからの出力信号の差動値をY軸方向駆動回路51bにおけるIV変換器52、バンドパスフィルター56およびAGC回路57を介して外側駆動圧電体33、40および内側駆動圧電体34、41に入力することにより、角速度センサ素子20における質量部21をY軸方向に一定の振幅で駆動振動させているものである。   Further, as shown in FIG. 6, the IC 48 includes a drive circuit 49 and a detection circuit 50, and the drive circuit 49 includes a Z-axis direction drive circuit 51a and a Y-axis direction drive circuit 51b. It is what. Further, the Z-axis direction drive circuit 51a performs differential output signals from the outer monitor piezoelectric body 37 in the first Y-axis direction support member 32 and the inner monitor piezoelectric body 43 in the second Y-axis direction support member 39. Values are input to the outer drive piezoelectric bodies 23, 28, 33, 40 and the inner drive piezoelectric bodies 24, 29, 34, 41 via the IV converter 52, the band pass filter 53 and the AGC circuit 54 in the Z-axis direction drive circuit 51a. Thus, the mass portion 21 is driven to vibrate with a constant amplitude in the Z-axis direction. Similarly, the Y-axis direction drive circuit 51 b outputs from the inner monitor piezoelectric body 38 in the first Y-axis direction support member 32 and the inner monitor piezoelectric body 43 in the second Y-axis direction support member 39. By inputting the differential value of the signal to the outer driving piezoelectric bodies 33 and 40 and the inner driving piezoelectric bodies 34 and 41 via the IV converter 52, the band pass filter 56 and the AGC circuit 57 in the Y-axis direction driving circuit 51b, The mass portion 21 in the angular velocity sensor element 20 is driven to vibrate with a constant amplitude in the Y-axis direction.

そしてまた、前記検出回路50はY方向コリオリ力検出回路58とX方向コリオリ力検出回路59とで構成され、そして、Y方向コリオリ力検出回路58は、第1のY軸方向支持部材32における外側検出圧電体35および内側検出圧電体36の出力信号をIV変換器60に入力するとともに、第2のY軸方向支持部材39における外側検出圧電体42および内側検出圧電体43の出力信号をIV変換器61に入力し、両者の差動を取った後、同期検波器62によって、Z軸方向の駆動周波数で同期検波することにより、X軸周りの角速度を検出するものである。また、前記X方向コリオリ力検出回路59は、第1のX軸方向支持部材22における外側検出圧電体25および内側検出圧電体26の出力信号を入力するIV変換器63と、第2のX軸方向支持部材27における外側検出圧電体30および内側検出圧電体31からの出力信号を入力するIV変換器64からの出力信号との差動値を同期検波器65によって、Z軸方向の駆動周波数で同期検波することにより、Y軸周りの角速度を検出するものである。さらに、これらと同様にして、同期検波器66によって、Y軸方向の駆動周波数で同期検波することにより、Z軸周りの角速度を検出するものである。   The detection circuit 50 includes a Y-direction Coriolis force detection circuit 58 and an X-direction Coriolis force detection circuit 59. The Y-direction Coriolis force detection circuit 58 is outside the first Y-axis direction support member 32. The output signals of the detection piezoelectric member 35 and the inner detection piezoelectric member 36 are input to the IV converter 60, and the output signals of the outer detection piezoelectric member 42 and the inner detection piezoelectric member 43 in the second Y-axis direction support member 39 are IV converted. After the input to the detector 61 and the difference between the two, the synchronous detector 62 detects the angular velocity around the X axis by synchronous detection at the drive frequency in the Z-axis direction. The X-direction Coriolis force detection circuit 59 includes an IV converter 63 for inputting output signals of the outer detection piezoelectric body 25 and the inner detection piezoelectric body 26 in the first X-axis direction support member 22, and a second X-axis. The differential value of the output signal from the IV converter 64 that receives the output signals from the outer detection piezoelectric member 30 and the inner detection piezoelectric member 31 in the direction support member 27 is obtained by the synchronous detector 65 at the drive frequency in the Z-axis direction. By detecting synchronously, the angular velocity around the Y axis is detected. Further, similarly to these, the synchronous detector 66 detects the angular velocity around the Z-axis by performing synchronous detection at the drive frequency in the Y-axis direction.

67は有底四角筒状のセラミックからなるケースで、このケース67は前記角速度センサ素子20およびIC48を内側に収納するとともに、上面に複数の接続用電極パッド68を設けている。そして、前記IC48におけるIC用電極パッド48aとケース67における接続用電極パッド68とはリードワイヤー70により、電気的に接続されている。   Reference numeral 67 denotes a case made of a bottomed rectangular cylindrical ceramic. The case 67 houses the angular velocity sensor element 20 and the IC 48 inside, and is provided with a plurality of connection electrode pads 68 on the upper surface. The IC electrode pad 48 a in the IC 48 and the connection electrode pad 68 in the case 67 are electrically connected by a lead wire 70.

71はウレタンゲルからなる防振部材で、この防振部材71は、前記ケース67の内側に充填されるとともに、この防振部材71を角速度検出素子20におけるX軸、Y軸およびZ軸の3軸方向にわたって設けている。   Reference numeral 71 denotes a vibration isolating member made of urethane gel. The vibration isolating member 71 is filled inside the case 67 and the vibration isolating member 71 is connected to the X-axis, Y-axis, and Z-axis of the angular velocity detecting element 20. It is provided over the axial direction.

以上のように構成された本発明の一実施の形態における3軸検出角速度センサについて、次に、その組立方法を説明する。   Next, a method for assembling the three-axis detection angular velocity sensor according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described.

まず、予め準備したSiからなる基材(図示せず)の上面に、PtとTiの合金薄膜からなる共通GND電極44を蒸着により形成し、その後、共通GND電極44の上面にPZT薄膜からなる外側駆動圧電体23、28、33、40、内側駆動圧電体24、29、34、41、外側検出圧電体25、30、35、42、内側検出圧電体26、31、36、43、外側モニタ圧電体37および内側モニタ圧電体38、67を蒸着により形成する。   First, a common GND electrode 44 made of an alloy thin film of Pt and Ti is formed by vapor deposition on the upper surface of a substrate (not shown) made of Si prepared in advance, and then made of a PZT thin film on the upper surface of the common GND electrode 44. Outside drive piezoelectric bodies 23, 28, 33, 40, inside drive piezoelectric bodies 24, 29, 34, 41, outside detection piezoelectric bodies 25, 30, 35, 42, inside detection piezoelectric bodies 26, 31, 36, 43, outside monitor The piezoelectric body 37 and the inner monitor piezoelectric bodies 38 and 67 are formed by vapor deposition.

次に、外側駆動圧電体23、28、33、40、内側駆動圧電体24、29、34、41、外側検出圧電体25、30、35、42、内側検出圧電体26、31、36、43、外側モニタ圧電体37および内側モニタ圧電体38、67の上面にTiとAuの合金薄膜からなる駆動電極45、検出電極46およびモニタ電極(図示せず)を形成する。   Next, the outer drive piezoelectric bodies 23, 28, 33, 40, the inner drive piezoelectric bodies 24, 29, 34, 41, the outer detection piezoelectric bodies 25, 30, 35, 42, the inner detection piezoelectric bodies 26, 31, 36, 43 The drive electrode 45, the detection electrode 46, and the monitor electrode (not shown) made of an alloy thin film of Ti and Au are formed on the upper surfaces of the outer monitor piezoelectric member 37 and the inner monitor piezoelectric members 38, 67.

次に、共通GND電極44側に電圧を印加するとともに、駆動電極45、検出電極46およびモニタ電極(図示せず)を接地することにより、外側駆動圧電体23、28、33、40、内側駆動圧電体24、29、34、41、外側検出圧電体25、30、35、42、内側検出圧電体26、31、36、43、外側モニタ圧電体37および内側モニタ圧電体38、67を分極する。   Next, while applying a voltage to the common GND electrode 44 side and grounding the drive electrode 45, the detection electrode 46 and the monitor electrode (not shown), the outer drive piezoelectric bodies 23, 28, 33, 40, the inner drive Piezoelectric bodies 24, 29, 34, 41, outer detection piezoelectric bodies 25, 30, 35, 42, inner detection piezoelectric bodies 26, 31, 36, 43, outer monitor piezoelectric bodies 37 and inner monitor piezoelectric bodies 38, 67 are polarized. .

次に、基材(図示せず)における不要な箇所を除去することにより、質量部21、第1のX軸方向支持部材22、第2のX軸方向支持部材27、第1のY軸方向支持部材32、第2のY軸方向支持部材39、外周部69および枠体47からなる角速度検出素子20を形成する。   Next, by removing unnecessary portions in the base material (not shown), the mass portion 21, the first X-axis direction support member 22, the second X-axis direction support member 27, and the first Y-axis direction. The angular velocity detection element 20 including the support member 32, the second Y-axis direction support member 39, the outer peripheral portion 69, and the frame body 47 is formed.

次に、IC48の上面に、前記角速度検出素子20を接着剤(図示せず)により接着する。   Next, the angular velocity detecting element 20 is bonded to the upper surface of the IC 48 with an adhesive (not shown).

次に、予め準備したケース67の内側に支持用の治具(図示せず)を設置した後、さらに、その治具(図示せず)に前記角速度検出素子20を一体に接着したIC48を載置する。   Next, after a supporting jig (not shown) is installed inside the case 67 prepared in advance, an IC 48 in which the angular velocity detecting element 20 is integrally bonded to the jig (not shown) is further mounted. Put.

次に、角速度検出素子20における素子用電極パッド20bとIC48におけるIC用電極パッド48aとをリードワイヤー48bをボンディングすることにより電気的に接続した後、IC48におけるIC用電極パッド48aとケース67における接続用電極パッド68とをリードワイヤー70により電気的に接続する。   Next, after the element electrode pad 20b in the angular velocity detection element 20 and the IC electrode pad 48a in the IC 48 are electrically connected by bonding a lead wire 48b, the connection between the IC electrode pad 48a in the IC 48 and the case 67 is performed. The lead electrode 70 is electrically connected to the electrode pad 68.

次に、前記ケース67の内側に、IC48の外側面の途中が隠れるまで、液状のウレタンゲルからなる防振部材71を充填した後、約100℃で、約1時間加熱することにより、硬化させる。   Next, the inside of the case 67 is filled with a vibration isolating member 71 made of liquid urethane gel until the middle of the outer surface of the IC 48 is hidden, and then cured by heating at about 100 ° C. for about 1 hour. .

最後に、治具(図示せず)を抜き取った後、防振部材71に出来た治具(図示せず)による穴(図示せず)に液状のウレタンゲルからなる防振部材71を再度充填し、防振部材71を約5時間、常温雰囲気中に放置して自然硬化させる。   Finally, after removing the jig (not shown), the anti-vibration member 71 made of liquid urethane gel is filled again into the hole (not shown) by the jig (not shown) made in the anti-vibration member 71. Then, the vibration isolating member 71 is left to stand in a normal temperature atmosphere for about 5 hours to be naturally cured.

すなわち、樹脂製の防振部材71をウレタンゲルとしたため、液状の状態で、角速度検出素子20を収納するケース67内に充填した後、防振部材71を硬化させることができることとなり、これにより、容易に防振部材71を角速度検出素子20のX軸、Y軸およびZ軸の3軸方向にわたって設けることが出来るという作用効果を有するものである。   That is, since the resin vibration-proof member 71 is urethane gel, the vibration-proof member 71 can be cured after filling the case 67 containing the angular velocity detection element 20 in a liquid state. The anti-vibration member 71 can be easily provided in the three axial directions of the X-axis, Y-axis, and Z-axis of the angular velocity detecting element 20.

以上のように構成され、かつ組み立てられた本発明の一実施の形態における3軸検出角速度センサについて、次に、その動作を説明する。   Next, the operation of the three-axis detection angular velocity sensor according to the embodiment of the present invention constructed and assembled as described above will be described.

まず、最初に質量部21にX軸周りの角速度が付加される場合を説明する。   First, a case where an angular velocity around the X axis is first added to the mass portion 21 will be described.

まず、内側駆動圧電体24、29、34、41に正電圧を印加すると同時に、外側駆動圧電体23、28、33、40に負電圧を印加すると、図7に示すように、内側駆動圧電体24、29、34、41は伸びるとともに外側駆動圧電体23、28、33、40は縮むことになり、その結果、質量部21は上方に向かって移動する。次に、内側駆動圧電体24、29、34、41に負電圧を印加すると同時に、外側駆動圧電体23、28、33、40に正電圧を印加すると、内側駆動圧電体24、29、34、41は縮むとともに外側駆動圧電体23、28、33、40は伸びることになり、その結果、質量部21は下方に向かって移動する。すなわち、質量部21はZ軸方向の駆動周波数で速度Vの振動駆動をするものである。そして、この質量部21の振動駆動は外側モニタ圧電体37および内側モニタ圧電体67から発生する出力信号が一定になるように、内側駆動圧電体24、29、34、41および外側駆動圧電体23、28、33、40に印加する電圧を調整することにより、振動駆動の振幅を制御している。   First, when a positive voltage is applied to the inner drive piezoelectric bodies 24, 29, 34, and 41, and a negative voltage is applied to the outer drive piezoelectric bodies 23, 28, 33, and 40, as shown in FIG. 24, 29, 34, and 41 are extended, and the outer drive piezoelectric bodies 23, 28, 33, and 40 are contracted. As a result, the mass portion 21 moves upward. Next, when a negative voltage is applied to the inner driving piezoelectric bodies 24, 29, 34, and 41, and a positive voltage is applied to the outer driving piezoelectric bodies 23, 28, 33, and 40, the inner driving piezoelectric bodies 24, 29, 34, and 41 shrinks and the outer driving piezoelectric bodies 23, 28, 33, 40 extend, and as a result, the mass portion 21 moves downward. That is, the mass unit 21 is driven to vibrate at a speed V at a drive frequency in the Z-axis direction. The vibration drive of the mass portion 21 is such that the output signals generated from the outer monitor piezoelectric member 37 and the inner monitor piezoelectric member 67 are constant, and the inner drive piezoelectric members 24, 29, 34, 41 and the outer drive piezoelectric member 23. , 28, 33, and 40 are adjusted to control the amplitude of vibration drive.

そしてまた、質量部21がZ軸方向の駆動周波数で振動駆動をしている状態において、質量部21がX軸方向の中心軸周りに角速度ωで回転すると、図8に示すように、質量部21にY軸方向のF=2mV×ωのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により、質量部21はY軸方向に振動駆動するため、この振動駆動によって、例えば、図9に示すように、第1のY軸方向支持部材32における外側検出圧電体35および内側検出圧電体36が伸びることにより正電荷が発生するとともに、第2のY軸方向支持部材39における外側検出圧電体42および内側検出圧電体43が縮むことにより負電荷が発生する。そして、外側検出圧電体35および内側検出圧電体36から発生する電荷をIV変換器60により出力信号に変換するとともに、外側検出圧電体42および内側検出圧電体43から発生する電荷をIV変換器61により出力信号に変換し、両者の差動を取った後、図10に示すように、Z軸方向の振動駆動の周波数で、同期検波器62によって同期検波することにより、X軸周りの角速度を検出するものである。   Further, when the mass unit 21 rotates at an angular velocity ω around the central axis in the X-axis direction in a state where the mass unit 21 is driven to vibrate at a drive frequency in the Z-axis direction, as shown in FIG. 21 generates a Coriolis force of F = 2 mV × ω in the Y-axis direction. Due to this Coriolis force, the mass portion 21 is driven to vibrate in the Y-axis direction. Therefore, as shown in FIG. 9, for example, as shown in FIG. A positive charge is generated by the expansion of the piezoelectric body 36, and a negative charge is generated by the contraction of the outer detection piezoelectric element 42 and the inner detection piezoelectric element 43 in the second Y-axis direction support member 39. The electric charges generated from the outer detection piezoelectric member 35 and the inner detection piezoelectric member 36 are converted into output signals by the IV converter 60, and the electric charges generated from the outer detection piezoelectric member 42 and the inner detection piezoelectric member 43 are converted into the IV converter 61. 10 to obtain the differential between the two, and then synchronous detection is performed by the synchronous detector 62 at the vibration drive frequency in the Z-axis direction as shown in FIG. It is to detect.

次に、質量部21にY軸周りの角速度が付加される場合を説明する。   Next, a case where an angular velocity around the Y axis is added to the mass unit 21 will be described.

この場合も、前述したX軸周りの角速度を検出する場合と同様に、質量部21がZ軸方向に振動駆動をしている状態において、質量部21がY軸方向の中心軸周りに角速度ωで回転すると、図11に示すように、質量部21にX軸方向のF=2mV×ωのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により、質量部21はX軸方向に振動駆動するため、この振動駆動によって、第1のX軸方向支持部材22における外側検出圧電体23および内側検出圧電体25が伸びることにより正電荷が発生するとともに、第2のX軸方向支持部材27における外側検出圧電体30および内側検出圧電体31が縮むことにより負電荷が発生する。そして、外側検出圧電体23および内側検出圧電体26から発生する電荷をIV変換器63により出力信号に変換するとともに、外側検出圧電体30および内側検出圧電体31から発生する電荷をIV変換器64により出力信号に変換し、両者の差動を取った後、図12に示すように、Z軸方向の振動駆動の周波数で、同期検波器66によって同期検波することにより、Y軸周りの角速度を検出するものである。   Also in this case, as in the case where the angular velocity around the X axis is detected, the mass portion 21 is angularly rotated around the central axis in the Y axis direction when the mass portion 21 is driven to vibrate in the Z axis direction. As shown in FIG. 11, a Coriolis force of F = 2 mV × ω in the X-axis direction is generated in the mass portion 21 as shown in FIG. Due to this Coriolis force, the mass portion 21 is driven to vibrate in the X-axis direction, so that the outer detection piezoelectric member 23 and the inner detection piezoelectric member 25 in the first X-axis direction support member 22 are extended by this vibration drive. Is generated, and the outer detection piezoelectric member 30 and the inner detection piezoelectric member 31 of the second X-axis direction support member 27 are contracted to generate a negative charge. The electric charges generated from the outer detection piezoelectric member 23 and the inner detection piezoelectric member 26 are converted into output signals by the IV converter 63, and the electric charges generated from the outer detection piezoelectric member 30 and the inner detection piezoelectric member 31 are converted into the IV converter 64. Then, after obtaining the differential between them, as shown in FIG. 12, the synchronous detector 66 performs synchronous detection at the frequency of vibration drive in the Z-axis direction, so that the angular velocity around the Y-axis is obtained. It is to detect.

次に、質量部21にZ軸周りの角速度が付加される場合を説明する。   Next, a case where an angular velocity around the Z axis is added to the mass portion 21 will be described.

Z軸周りの角速度を検出するためには、図13に示すように、質量部21がY軸方向に振動駆動をするようにする。   In order to detect the angular velocity around the Z-axis, the mass unit 21 is driven to vibrate in the Y-axis direction as shown in FIG.

まず、第1のY軸方向支持部材32における外側駆動圧電体33および内側駆動圧電体34に正電圧を印加すると同時に、第2のY軸方向支持部材39における外側駆動圧電体40および内側駆動圧電体41に負電圧を印加すると、外側駆動圧電体33および内側駆動圧電体34は伸びるとともに外側駆動圧電体40および内側駆動圧電体41は縮むことになり、その結果、質量部21は第1のY軸方向支持部材32に向かって移動する。   First, a positive voltage is applied to the outer drive piezoelectric body 33 and the inner drive piezoelectric body 34 in the first Y-axis direction support member 32, and at the same time, the outer drive piezoelectric body 40 and the inner drive piezoelectric element in the second Y-axis direction support member 39. When a negative voltage is applied to the body 41, the outer driving piezoelectric member 33 and the inner driving piezoelectric member 34 are extended, and the outer driving piezoelectric member 40 and the inner driving piezoelectric member 41 are contracted. It moves toward the Y-axis direction support member 32.

次に、第1のY軸方向支持部材32における外側駆動圧電体33および内側駆動圧電体34に負電圧を印加すると同時に、第2のY軸方向支持部材39における外側駆動圧電体40および内側駆動圧電体41に正電圧を印加すると、外側駆動圧電体33および内側駆動圧電体34は縮むとともに外側駆動圧電体40および内側駆動圧電体41は伸びることになり、その結果、質量部21は第2のY軸方向支持部材39に向かって移動する。すなわち、質量部21はY軸方向の駆動周波数で速度Vの振動駆動をするものである。そして、この質量部21の振動駆動は内側モニタ圧電体38、67から発生する出力信号が一定になるように、外側駆動圧電体33、内側駆動圧電体34、外側駆動圧電体40および内側駆動圧電体41に印加する電圧を調整することにより、振動駆動の振幅を制御している。   Next, a negative voltage is applied to the outer drive piezoelectric body 33 and the inner drive piezoelectric body 34 in the first Y-axis direction support member 32, and at the same time, the outer drive piezoelectric body 40 and the inner drive in the second Y-axis direction support member 39. When a positive voltage is applied to the piezoelectric body 41, the outer driving piezoelectric body 33 and the inner driving piezoelectric body 34 contract, and the outer driving piezoelectric body 40 and the inner driving piezoelectric body 41 extend, and as a result, the mass unit 21 has the second portion. It moves toward the Y-axis direction support member 39. That is, the mass unit 21 is driven to vibrate at a speed V at a drive frequency in the Y-axis direction. The vibration drive of the mass portion 21 is such that the output signals generated from the inner monitor piezoelectric members 38 and 67 are constant, the outer drive piezoelectric member 33, the inner drive piezoelectric member 34, the outer drive piezoelectric member 40, and the inner drive piezoelectric member. The amplitude of vibration drive is controlled by adjusting the voltage applied to the body 41.

そして、質量部21がY軸方向に振動駆動をしている状態において、質量部21がZ軸方向の中心軸周りに角速度ωで回転すると、質量部21にX軸方向のF=2mV×ωのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により、質量部21はX軸方向に振動駆動するため、この振動駆動によって、第1のX軸方向支持部材22における外側検出圧電体23および内側検出圧電体25が伸びることにより正電荷が発生するとともに、第2のX軸方向支持部材27における外側検出圧電体30および内側検出圧電体31が縮むことにより負電荷が発生する。そして、外側検出圧電体23および内側検出圧電体26から発生する電荷をIV変換器63により出力信号に変換するとともに、外側検出圧電体30および内側検出圧電体31から発生する電荷をIV変換器64により出力信号に変換し、両者の差動を取った後、図14に示すように、Y軸方向の振動駆動の周波数で、同期検波器66によって同期検波することにより、Z軸周りの角速度を検出するものである。   When the mass unit 21 is driven to vibrate in the Y-axis direction and the mass unit 21 rotates at an angular velocity ω around the central axis in the Z-axis direction, the mass unit 21 has F = 2 mV × ω in the X-axis direction. Coriolis force is generated. Due to this Coriolis force, the mass portion 21 is driven to vibrate in the X-axis direction, so that the outer detection piezoelectric member 23 and the inner detection piezoelectric member 25 in the first X-axis direction support member 22 are extended by this vibration drive. Is generated, and the outer detection piezoelectric member 30 and the inner detection piezoelectric member 31 of the second X-axis direction support member 27 are contracted to generate a negative charge. The electric charges generated from the outer detection piezoelectric member 23 and the inner detection piezoelectric member 26 are converted into output signals by the IV converter 63, and the electric charges generated from the outer detection piezoelectric member 30 and the inner detection piezoelectric member 31 are converted into the IV converter 64. 14 is converted into an output signal, and the difference between the two is obtained. Then, as shown in FIG. 14, the synchronous detection is performed by the synchronous detector 66 at the vibration drive frequency in the Y-axis direction, so that the angular velocity around the Z-axis is obtained. It is to detect.

ここで、3軸検出角速度センサに外部より、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の衝撃荷重が同時に加わる場合を考えると、本発明の3軸検出角速度センサにおいては、シリコンゲルからなる防振部材71を角速度検出素子1のX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の3軸方向にわたって設けているため、防振部材71の粘弾性により、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向のいずれの衝撃荷重が加わっても角速度検出素子20に生じる不要な振動を減衰させることとなる。従って、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の衝撃荷重の影響により、3軸検出角速度センサから発生する出力信号の変動を防止できるものである。   Here, considering the case where an impact load in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction is simultaneously applied to the triaxial detection angular velocity sensor from the outside, the triaxial detection angular velocity sensor according to the present invention has a protection made of silicon gel. Since the vibration member 71 is provided over the three axial directions of the angular velocity detection element 1 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are affected by the viscoelasticity of the vibration isolation member 71. Whichever of the impact loads is applied, unnecessary vibration generated in the angular velocity detection element 20 is attenuated. Therefore, fluctuations in the output signal generated from the triaxial detection angular velocity sensor can be prevented due to the impact load in the X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis direction.

すなわち、防振部材71を角速度検出素子20におけるX軸、Y軸およびZ軸の3軸方向にわたって設けたため、防振部材71の粘弾性により、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向のいずれの衝撃荷重が加わっても角速度検出素子20に生じる不要な振動を減衰させることができることとなり、これにより、角速度検出素子20からの出力信号が安定するという作用効果を有するものである。   That is, since the vibration isolating member 71 is provided in the three axial directions of the X-axis, Y-axis, and Z-axis in the angular velocity detecting element 20, any one of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction is caused by the viscoelasticity of the anti-vibration member 71. Even if an impact load is applied, unnecessary vibration generated in the angular velocity detecting element 20 can be attenuated, and this has the effect of stabilizing the output signal from the angular velocity detecting element 20.

なお、本発明の一実施の形態における3軸検出角速度センサにおいては、防振部材71をウレタンゲルとしたが、シリコンゲルとしても同様の効果を有するものである。   In the three-axis detection angular velocity sensor according to the embodiment of the present invention, the vibration isolating member 71 is urethane gel, but silicon gel has the same effect.

本発明に係る3軸検出角速度センサは、角速度センサに、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向のいずれの衝撃荷重が加わった場合であっても、出力信号が変動するということのない、出力信号の精度が向上した3軸検出角速度センサを提供できるという効果を有するものであり、特にX軸、Y軸およびZ軸の3軸方向の角速度を検出することが可能な3軸検出角速度センサに適用して有用なものである。   The triaxial detection angular velocity sensor according to the present invention does not cause the output signal to fluctuate even when an impact load in the X axis direction, the Y axis direction, or the Z axis direction is applied to the angular velocity sensor. The three-axis detection angular velocity sensor has the effect of providing a three-axis detection angular velocity sensor with improved output signal accuracy, and is particularly capable of detecting angular velocities in the three-axis directions of the X, Y, and Z axes. It is useful to apply to.

本発明の一実施の形態における3軸検出角速度センサの斜視図The perspective view of the triaxial detection angular velocity sensor in one embodiment of this invention 同3軸検出角速度センサの側断面図Side sectional view of the 3-axis detection angular velocity sensor 同3軸検出角速度センサにおける角速度センサ素子の側断面図Side sectional view of angular velocity sensor element in the same three-axis detection angular velocity sensor 同3軸検出角速度センサにおける角速度センサ素子の上面図Top view of angular velocity sensor element in the three-axis detection angular velocity sensor 同3軸検出角速度センサにおける角速度センサ素子の圧電体を設けた箇所の側断面図Side sectional view of the location where the piezoelectric body of the angular velocity sensor element is provided in the three-axis detection angular velocity sensor 同3軸検出角速度センサの回路図Circuit diagram of the 3-axis detection angular velocity sensor 同3軸検出角速度センサにおける角速度検出素子をZ軸方向に振動駆動させる状態を示す側断面図Side sectional view showing a state in which the angular velocity detection element in the three-axis detection angular velocity sensor is driven to vibrate in the Z-axis direction. 同3軸検出角速度センサのX軸周りの角速度を検出する状態を示す図The figure which shows the state which detects the angular velocity around the X-axis of the same 3-axis detection angular velocity sensor 同3軸検出角速度センサにおける角速度検出素子がY軸方向のコリオリ力により動作する状態を示す側断面図Side sectional view showing a state in which the angular velocity detection element in the three-axis detection angular velocity sensor is operated by the Coriolis force in the Y-axis direction 同3軸検出角速度センサからの出力信号をZ軸方向の駆動周波数で同期検波をする状態を示す波形図Waveform diagram showing the state of synchronous detection of the output signal from the 3-axis detection angular velocity sensor at the drive frequency in the Z-axis direction 同3軸検出角速度センサのY軸周りの角速度を検出する状態を示す図The figure which shows the state which detects the angular velocity around the Y-axis of the same 3-axis detection angular velocity sensor 同3軸検出角速度センサからの出力信号をZ軸方向の駆動周波数で同期検波をする状態を示す波形図Waveform diagram showing the state of synchronous detection of the output signal from the 3-axis detection angular velocity sensor at the drive frequency in the Z-axis direction 同3軸検出角速度センサのZ軸周りの角速度を検出する状態を示す図The figure which shows the state which detects the angular velocity around the Z-axis of the same 3-axis detection angular velocity sensor 同3軸検出角速度センサからの出力信号をY軸方向の駆動周波数で同期検波をする状態を示す波形図Waveform diagram showing the state of synchronous detection of the output signal from the 3-axis detection angular velocity sensor at the drive frequency in the Y-axis direction 従来の角速度センサの斜視図A perspective view of a conventional angular velocity sensor 従来の角速度センサにおける角速度検出素子の振動部が振動駆動する状態を示す上面図The top view which shows the state which the vibration part of the angular velocity detection element in the conventional angular velocity sensor drives by vibration 従来の角速度センサにおける角速度検出素子の振動部が動作する状態を示す上面図The top view which shows the state which the vibration part of the angular velocity detection element in the conventional angular velocity sensor operate | moves

20 角速度検出素子
48 IC
48a IC用電極パッド
67 ケース
68 接続用電極パッド
70 リードワイヤー
71 防振部材
20 Angular velocity detector 48 IC
48a IC electrode pad 67 Case 68 Connection electrode pad 70 Lead wire 71 Anti-vibration member

Claims (3)

X軸、Y軸およびZ軸の3軸方向の角速度を検出可能な角速度検出素子と、この角速度検出素子の上面または下面に当接するように設けるとともに前記角速度検出素子と電気的に接続されかつIC用電極パッドを設けたICと、前記角速度検出素子およびICを内側に収納するとともにICにおける前記IC用電極パッドとリードワイヤーにより電気的に接続された接続用電極パッドを設けたケースとを備え、前記ケースの内側に樹脂製の防振部材を充填するとともに、この防振部材により角速度検出素子のX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の3軸方向の不要な振動を減衰させるように構成した3軸検出角速度センサ。 An angular velocity detection element capable of detecting angular velocities in the three directions of the X, Y, and Z axes, an abutting contact with the upper surface or the lower surface of the angular velocity detection element, and electrically connected to the angular velocity detection element and an IC An IC provided with an electrode pad, and a case in which the angular velocity detecting element and the IC are housed inside and a connection electrode pad in the IC is electrically connected to the IC electrode pad by a lead wire. The inside of the case is filled with a resin vibration-proof member, and this vibration-proof member is configured to attenuate unnecessary vibrations in the three axial directions of the angular velocity detecting element in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. 3-axis detection angular velocity sensor. 防振部材を角速度検出素子におけるX軸、Y軸およびZ軸の3軸方向にわたって設けた請求項1記載の3軸検出角速度センサ。 The triaxial detection angular velocity sensor according to claim 1, wherein the vibration isolating member is provided in the three axial directions of the X axis, the Y axis, and the Z axis in the angular velocity detection element. 樹脂製の防振部材をウレタンゲルまたはシリコンゲルとした請求項1記載の3軸検出角速度センサ。 The triaxial detection angular velocity sensor according to claim 1, wherein the resin vibration-proof member is urethane gel or silicon gel.
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