JP2010190705A - Three-axis detecting angular velocity sensor - Google Patents
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Abstract
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,
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
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
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。
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
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
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
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
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,
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
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
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
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
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
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
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。
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。
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
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
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。
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
48a
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JP2009034957A JP2010190705A (en) | 2009-02-18 | 2009-02-18 | Three-axis detecting angular velocity sensor |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012063242A (en) * | 2010-09-16 | 2012-03-29 | Panasonic Corp | Angular velocity sensor |
US9091543B2 (en) | 2010-02-18 | 2015-07-28 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Angular speed sensor for detecting angular speed |
CN105758395A (en) * | 2015-01-06 | 2016-07-13 | 精工爱普生株式会社 | Physical quantity sensor, electronic apparatus and moving object |
-
2009
- 2009-02-18 JP JP2009034957A patent/JP2010190705A/en active Pending
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