JP2010197061A - Inertia force detecting element - Google Patents

Inertia force detecting element Download PDF

Info

Publication number
JP2010197061A
JP2010197061A JP2009038888A JP2009038888A JP2010197061A JP 2010197061 A JP2010197061 A JP 2010197061A JP 2009038888 A JP2009038888 A JP 2009038888A JP 2009038888 A JP2009038888 A JP 2009038888A JP 2010197061 A JP2010197061 A JP 2010197061A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
arm
detection
axis
inertial force
mass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009038888A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ikuo Okoshi
偉生 大越
茂裕 ▲吉▼内
Shigehiro Yoshiuchi
Takeshi Sakagami
剛 阪上
Original Assignee
Panasonic Corp
パナソニック株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, パナソニック株式会社 filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2009038888A priority Critical patent/JP2010197061A/en
Publication of JP2010197061A publication Critical patent/JP2010197061A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the sensitivity and accuracy of inertia force detection. <P>SOLUTION: An inertia force detecting element includes: weights 7; first arms 2 and second arms 3 which have flexibility and support the weights 7, have a specified thickness and are formed in the same plane, and are symmetrical in the thickness direction; a frame 6 for holding the weights 7 through the first arms 2 and the second arms 3; first driving electrodes 8 and second driving electrodes 9 for driving the weights 7, and sensing electrodes 10 for detecting inertia forces acting on the weights 7. The first arms 2 and the second arms 3 have portions thinner than the thickness of the weights 7, in the direction perpendicular to the plane where the first arms 2 and the second arms 3 are formed, and the weights 7 are symmetrical in the direction perpendicular to the plane where the first arms 2 and the second arms 3 are formed. <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角速度を検出することのできる慣性力検出素子に関するものである。   The present invention relates to an inertial force detection element capable of detecting angular velocities used in various electronic devices such as attitude control and navigation of moving bodies such as aircraft, automobiles, robots, ships and vehicles.
慣性力検出素子としては、角速度検出素子や加速度検出素子、あるいは角速度と加速度の両方を検出可能な検出素子などが知られている。   As the inertial force detection element, an angular velocity detection element, an acceleration detection element, a detection element capable of detecting both angular velocity and acceleration, and the like are known.
このような技術の中では、慣性力を検出可能とするのに十分な質量を備える質量部と、この質量部を保持、固定するための固定部と、固定部と質量部とを連結する連結部とを備え、この連結部が可撓性を有し、慣性力が作用することによる連結部の変形、あるいは、慣性力検出素子内における質量部の位置の変化を利用して慣性力を検出するものが知られている。   Among such technologies, a mass part having a mass sufficient to detect inertial force, a fixing part for holding and fixing the mass part, and a connection for connecting the fixing part and the mass part The connection part is flexible, and the inertial force is detected using deformation of the connection part due to the action of inertial force or the change of the position of the mass part in the inertial force detection element. What to do is known.
慣性力の検出原理は、例えば、加速度の検出に関しては、加速度により質量部が加速度の印加方向と反対の方向へ慣性力が働き、慣性力検出素子内での質量部の位置の変化や連結部の撓みを検知することで行うことができる。また、角速度の検出に関しては、質量部を駆動、振動させ、角速度の回転軸方向と質量部の駆動振動方向の両方に対する垂直な方向にコリオリの力が発生することによって生じる、慣性力検出素子内での質量部の位置の変化や連結部の撓みを検知することで行うことができる。   As for the principle of detecting the inertia force, for example, regarding the detection of acceleration, the inertial force acts in the direction opposite to the direction of the acceleration applied by the acceleration, and the change of the position of the mass part in the inertial force detection element or the connecting part This can be done by detecting the bending of the. Regarding the detection of angular velocity, the mass part is driven and vibrated, and Coriolis force is generated in the direction perpendicular to both the rotational axis direction of the angular velocity and the driving vibration direction of the mass part. It can be performed by detecting the change in the position of the mass part and the bending of the connecting part.
そして、複数軸方向の加速度や、複数の軸周りの角速度の検出が可能な慣性力検出素子も知られている(例えば、特許文献1)。   An inertial force detection element capable of detecting accelerations in a plurality of axes and angular velocities around a plurality of axes is also known (for example, Patent Document 1).
一方、加速度や角速度の検出に関し、高感度が慣性力検出素子に求められるようになってきている。感度を高めるためには、質量を大きくし、連結部を撓み易くする方法がある。具体的には、質量部の厚みより、連結部の厚みを薄くする構成が知られている(例えば、特許文献2)。
特開2008−046058号公報 特開平8−160067号公報
On the other hand, with respect to detection of acceleration and angular velocity, high sensitivity has been required for inertial force detection elements. In order to increase the sensitivity, there is a method of increasing the mass and making the connecting portion flexible. Specifically, the structure which makes the thickness of a connection part thinner than the thickness of a mass part is known (for example, patent document 2).
JP 2008-046058 A JP-A-8-160067
しかし、上記従来の慣性力検出素子は、質量部と連結部とが同じ厚みであったり、また、質量部の方が厚い構成であっても質量部の重心が連結部から離れた場所になるなどの構成であった。前者の構成においては、検出感度を高くすることができず、また、後者の構成においては、質量部が慣性力を受けた際に、連結部の変形が複雑になったり、あるいは、角速度を検出するために質量部を駆動、振動させた際の質量部の挙動が駆動、振動を加えた方向ではない方向に移動する等の現象が生じるおそれがあり、慣性力の検出精度の低下を招く一因になっていた。   However, in the conventional inertial force detection element, the mass part and the connecting part have the same thickness, or even if the mass part is thicker, the center of gravity of the mass part is away from the connecting part. It was a configuration such as. In the former configuration, the detection sensitivity cannot be increased, and in the latter configuration, the deformation of the connecting portion becomes complicated or the angular velocity is detected when the mass portion receives an inertial force. Therefore, there is a possibility that the behavior of the mass part when the mass part is driven and vibrated may move in a direction other than the direction in which the drive or vibration is applied, which causes a decrease in inertial force detection accuracy. It was a cause.
本発明は上記従来の課題を解決するもので、慣性力を検出する感度と精度を向上させることを目的としている。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems and aims to improve the sensitivity and accuracy of detecting inertial force.
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ものである。   In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
請求項1に記載の発明は、質量部と、可撓性を有し前記質量部を支持し、所定の厚みを有し同一平面に形成され、前記厚み方向において対称である連結部と、前記連結部を介して前記質量部を保持する固定部と、前記質量部を駆動させる駆動部と、前記質量部に作用する慣性力を検出するための検出部とを備え、前記連結部が、前記連結部が形成された平面に対する垂直な方向における前記質量部の厚みよりも薄い箇所を有し、前記質量部が、前記連結部が形成された平面に対する垂直な方向において対称である構成を備えている。   The invention according to claim 1 includes a mass part, a connecting part that has flexibility, supports the mass part, has a predetermined thickness, is formed in the same plane, and is symmetrical in the thickness direction, A fixing unit that holds the mass unit via a coupling unit; a driving unit that drives the mass unit; and a detection unit that detects an inertial force acting on the mass unit. It has a portion that is thinner than the thickness of the mass part in the direction perpendicular to the plane on which the connection part is formed, and the mass part is symmetric in the direction perpendicular to the plane on which the connection part is formed. Yes.
この構成により、請求項1に記載の発明は、質量部の重心が連結部の厚み方向の中心に位置するので、慣性力や、外部からの衝撃、あるいは質量部自身の駆動の方向が、連結部が形成されている平面方向に作用しても、質量部はこの平面方向にのみ移動するので、検出精度を向上させることができる。また、連結部に質量部より薄い箇所を設けているので、感度が向上する、という作用効果を有する。   With this structure, the center of gravity of the mass portion is positioned at the center of the connecting portion in the thickness direction, so that the inertial force, the external impact, or the driving direction of the mass portion itself is connected. Even when acting in the plane direction in which the part is formed, the mass part moves only in this plane direction, so that the detection accuracy can be improved. Moreover, since the location thinner than a mass part is provided in the connection part, it has the effect that a sensitivity improves.
請求項2に記載の発明は、前記固定部が、前記連結部が形成された平面方向に対する垂直な方向において対称であり、かつ前記連結部よりも厚いものである。   According to a second aspect of the present invention, the fixed portion is symmetrical in a direction perpendicular to the planar direction in which the connecting portion is formed, and is thicker than the connecting portion.
この構成により、請求項2に記載の発明は、連結部の厚み方向において、固定部の強度が向上し、また、質量部、連結部、固定部の全てが厚み方向で対称となるため、質量部の挙動および連結部の変形が厚み方向で偏りのないものとなり、検出精度をより向上させることができるという作用効果を有するものである。   With this configuration, the invention according to claim 2 is characterized in that the strength of the fixing portion is improved in the thickness direction of the connecting portion, and the mass portion, the connecting portion, and the fixing portion are all symmetrical in the thickness direction. The behavior of the part and the deformation of the connecting part are not biased in the thickness direction, so that the detection accuracy can be further improved.
本発明は、質量部と、可撓性を有し前記質量部を支持し、所定の厚みを有し同一平面に形成され、前記厚み方向において対称である連結部と、前記連結部を介して前記質量部を保持する固定部と、前記質量部を駆動させる駆動部と、前記質量部に作用する慣性力を検出するための検出部とを備え、前記連結部が、前記連結部が形成された平面に対する垂直な方向における前記質量部の厚みよりも薄い箇所を有し、前記質量部が、前記連結部が形成された平面に対する垂直な方向において対称であるもので、この構成によって、慣性力を検出する感度と精度を向上させることができるという効果を有する。   The present invention provides a mass part, a connecting part that has flexibility, supports the mass part, has a predetermined thickness, is formed in the same plane, and is symmetrical in the thickness direction, and the connecting part A fixing unit that holds the mass unit; a drive unit that drives the mass unit; and a detection unit that detects an inertial force acting on the mass unit, wherein the coupling unit is formed with the coupling unit. The portion having a thickness smaller than the thickness of the mass portion in a direction perpendicular to the flat surface, the mass portion being symmetrical in a direction perpendicular to the plane in which the connecting portion is formed. It has the effect that the sensitivity and precision which detect can be improved.
(実施の形態1)
以下、実施の形態1を用いて、本発明の請求項1、2に記載の発明について説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the first and second aspects of the present invention will be described using the first embodiment.
図1は本発明の実施の形態1における慣性力検出素子の平面図、図2は同検出素子の正面図、図3は同検出素子の分解斜視図、図4は本発明の実施の形態1における第1の検出素子片の斜視図である。   1 is a plan view of an inertial force detection element according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a front view of the detection element, FIG. 3 is an exploded perspective view of the detection element, and FIG. 4 is Embodiment 1 of the present invention. It is a perspective view of the 1st detection element piece in.
本発明の実施の形態1における慣性力センサは、角速度を検出する機能を有する慣性力検出素子1を備えている。この慣性力検出素子1は図3に示すように第1の検出素子片1aと第2の検出素子片1bとを貼り合せたものである。慣性力検出素子1は、その厚み方向に対して対称の形状を有しており、また第1の検出素子片1aと第2の検出素子片1bとは互いに厚み方向に対して対称である。   The inertial force sensor according to Embodiment 1 of the present invention includes an inertial force detection element 1 having a function of detecting an angular velocity. As shown in FIG. 3, the inertial force detection element 1 is formed by laminating a first detection element piece 1a and a second detection element piece 1b. The inertial force detection element 1 has a symmetrical shape with respect to the thickness direction, and the first detection element piece 1a and the second detection element piece 1b are symmetrical with respect to the thickness direction.
この慣性力検出素子1は、2つの第1アーム2と、この2つの第1アーム2の1つに対し2個の第2アーム3が接続されている。第2アーム3は第1アーム2に対し、略直角方向に連結している。2つの第1アーム2の一端は第3アーム4に支持し、2つの第1アーム2の他端はスリット5が設けられた形状の枠体6(固定部)に連結している。   In this inertial force detection element 1, two first arms 2 and two second arms 3 are connected to one of the two first arms 2. The second arm 3 is connected to the first arm 2 in a substantially perpendicular direction. One end of the two first arms 2 is supported by the third arm 4, and the other end of the two first arms 2 is connected to a frame body 6 (fixed portion) having a shape with a slit 5.
第2アーム3は、第1アーム2から直角方向に伸びた後に、さらに直角方向、即ち、第1アーム2に平行な方向に伸び、さらにその後、その直角方向、即ち、第1アーム2と連結している部分の第2アーム3の延伸方向と平行な方向に延伸するようにU字状に折曲し、折曲した第2アーム3の先端部に錘部7(質量部)を連結している。第1アーム2の厚みは錘部7よりも薄いものとしており、より撓み易くなっている。   The second arm 3 extends from the first arm 2 in a right angle direction, and further extends in a right angle direction, that is, a direction parallel to the first arm 2, and thereafter, is connected to the right arm direction, that is, the first arm 2. The bent portion 7 is bent in a U shape so as to extend in a direction parallel to the extending direction of the second arm 3, and the weight portion 7 (mass portion) is connected to the tip of the bent second arm 3. ing. The thickness of the 1st arm 2 shall be thinner than the weight part 7, and it becomes easier to bend.
第1アーム2と第3アーム4とは略同一直線上に配置され、第1アーム2および第2アーム3を慣性力検出素子1の中心に対して対称配置している。第1アーム2および第2アーム3により連結部を構成する。   The first arm 2 and the third arm 4 are arranged on substantially the same straight line, and the first arm 2 and the second arm 3 are arranged symmetrically with respect to the center of the inertial force detection element 1. The first arm 2 and the second arm 3 constitute a connecting portion.
互いに直交するX軸とY軸とZ軸において、第1アーム2をX軸方向に配置するとともに第2アーム3をY軸方向に配置した場合、Y軸の正側における互いに対向する第2アーム3の一方には、Y軸の正側における錘部7を駆動振動させる第1駆動電極8(駆動部)を配置し、Y軸の負側における互いに対向する第2アーム3の一方には、Y軸の負側における錘部7を駆動振動させる第2駆動電極9(駆動部)を配置している。また、全ての第2アーム3には、それぞれ、第2アーム3の歪を感知する感知電極10(検出部)を配置している。これら第1、第2駆動電極8、9、感知電極10は、圧電層を介在させた上部電極と下部電極とから形成している。なお、第1アーム2および第2アーム3は、XY平面に平行な平面内に配置されている。また、図4に示すように、第1の検出素子片1aは、第1アーム片2a、第2アーム片3a、第3アーム片4a、スリット5、枠体片6aおよび錘部片7aを備えている。第1アーム片2a、第2アーム片3a、第3アーム片4a、枠体片6aおよび錘部片7aは、それぞれ第2の検出素子片1bにおける対応する構成要素ともに、第1アーム2、第2アーム3、第3アーム4、枠体6および錘部7を構成している。また、第1の検出素子片1aと第2の検出素子片1bの貼り付ける方向は、図4における第1駆動電極8、第2駆動電極9、感知電極10が形成された面を貼り付ける面としている。この場合、第1駆動電極8、第2駆動電極9、感知電極10は慣性力検出素子1の内部に形成されることになる。なお、第1駆動電極8、第2駆動電極9、感知電極10は第1の検出素子片1aと第2の検出素子片1bの両方に形成する必要はなく、いずれか一方にのみ形成すればよく、本実施の形態においては第1の検出素子片1aにのみ形成している。また、第1駆動電極8、第2駆動電極9、感知電極10は慣性力検出素子1の内部に形成するのではなく、表面に現れる位置に形成してもよい。例えば、図4においてこれらの電極が形成されている面の反対側の面に形成してもよい。   When the first arm 2 is arranged in the X-axis direction and the second arm 3 is arranged in the Y-axis direction on the X-axis, Y-axis, and Z-axis orthogonal to each other, the second arms facing each other on the positive side of the Y-axis 3 is arranged with a first drive electrode 8 (drive unit) for driving and vibrating the weight portion 7 on the positive side of the Y axis, and one of the second arms 3 facing each other on the negative side of the Y axis is A second drive electrode 9 (drive unit) that drives and vibrates the weight unit 7 on the negative side of the Y-axis is disposed. In addition, each of the second arms 3 is provided with a sensing electrode 10 (detection unit) that senses the distortion of the second arm 3. The first and second drive electrodes 8, 9 and the sensing electrode 10 are formed of an upper electrode and a lower electrode with a piezoelectric layer interposed. The first arm 2 and the second arm 3 are arranged in a plane parallel to the XY plane. As shown in FIG. 4, the first detection element piece 1a includes a first arm piece 2a, a second arm piece 3a, a third arm piece 4a, a slit 5, a frame piece 6a, and a weight piece 7a. ing. The first arm piece 2a, the second arm piece 3a, the third arm piece 4a, the frame piece 6a, and the weight piece 7a, together with corresponding components in the second detection element piece 1b, respectively, A two-arm 3, a third arm 4, a frame body 6 and a weight portion 7 are configured. The first detection element piece 1a and the second detection element piece 1b are attached in the direction in which the surface on which the first drive electrode 8, the second drive electrode 9, and the sensing electrode 10 are formed in FIG. It is said. In this case, the first drive electrode 8, the second drive electrode 9, and the sensing electrode 10 are formed inside the inertial force detection element 1. The first drive electrode 8, the second drive electrode 9, and the sensing electrode 10 do not need to be formed on both the first detection element piece 1a and the second detection element piece 1b, but only on one of them. In this embodiment, it is formed only on the first detection element piece 1a. Further, the first drive electrode 8, the second drive electrode 9, and the sensing electrode 10 may be formed at positions appearing on the surface instead of being formed inside the inertial force detection element 1. For example, you may form in the surface on the opposite side to the surface in which these electrodes are formed in FIG.
次に、角速度の検出について説明する。   Next, detection of angular velocity will be described.
図5は慣性力検出素子1の駆動振動状態図である。   FIG. 5 is a driving vibration state diagram of the inertial force detection element 1.
互いに直交するX軸とY軸とZ軸において、第1アーム2をX軸方向に配置するとともに第2アーム3をY軸方向に配置した場合、第1、第2駆動電極8、9に共振周波数の交流電圧を印加して、第1、第2駆動電極8、9が配置された第2アーム3を起点に第2アーム3を駆動振動させ、それに伴って錘部7も第2アーム3の対向方向(実線の矢印と点線の矢印で記した駆動振動方向)に駆動振動させている。4つの第2アーム3および4つの錘部7の全てが同調して第2アーム3の対向方向(駆動振動方向)に駆動振動し、この慣性力検出素子1における駆動振動方向はX軸方向となっている。   When the first arm 2 is arranged in the X-axis direction and the second arm 3 is arranged in the Y-axis direction on the X, Y, and Z axes orthogonal to each other, the first and second drive electrodes 8 and 9 resonate. An AC voltage having a frequency is applied to drive and vibrate the second arm 3 starting from the second arm 3 on which the first and second drive electrodes 8 and 9 are arranged. Are driven and vibrated in the opposite direction (the driving vibration direction indicated by the solid arrow and the dotted arrow). All of the four second arms 3 and the four weight portions 7 are synchronously driven and vibrated in the opposing direction of the second arm 3 (drive vibration direction). The drive vibration direction in the inertial force detection element 1 is the X-axis direction. It has become.
このとき、本発明では、例えば、第1駆動電極8に印加する交流電圧と、第2駆動電極9に印加する交流電圧とを互いに逆位相にして印加して、Y軸の正側の第2アーム3の駆動振動状態とY軸の負側の第2アーム3の駆動振動状態とをちょうど逆の状態になるようにしている。すなわち、Y軸の正側の第2アーム3の距離が狭まる状態のときは、Y軸の負側の第2アーム3の距離は広がる状態になるようにしている。   At this time, in the present invention, for example, the AC voltage applied to the first drive electrode 8 and the AC voltage applied to the second drive electrode 9 are applied in opposite phases to each other, and the second on the positive side of the Y axis is applied. The driving vibration state of the arm 3 and the driving vibration state of the second arm 3 on the negative side of the Y-axis are made to be just opposite. That is, when the distance between the second arm 3 on the positive side of the Y-axis is narrowed, the distance between the second arm 3 on the negative side of the Y-axis is increased.
この結果、上記の慣性力検出素子1では、X軸の正側に配置された2つの第2アーム3は互いに逆方向に振動し、X軸の負側に配置された2つの第2アーム3も互いに逆方向に振動し、Y軸の正側に配置された第2アーム3とY軸の負側に配置された第2アーム3も互いに逆方向に振動することになる。   As a result, in the inertial force detection element 1 described above, the two second arms 3 arranged on the positive side of the X axis vibrate in opposite directions, and the two second arms 3 arranged on the negative side of the X axis. Vibrate in opposite directions, and the second arm 3 arranged on the positive side of the Y axis and the second arm 3 arranged on the negative side of the Y axis also vibrate in the opposite directions.
具体的な角速度の検出について説明する。   A specific angular velocity detection will be described.
このような慣性力検出素子1において、例えば、Z軸の右回りに角速度が生じた場合は、錘部7の駆動振動と同調して、図6に示すように、錘部7に対して駆動振動方向と直交した方向(実線の矢印と点線の矢印で記したコリオリ方向)にコリオリ力が発生するので、第2アーム3にZ軸の右回りの角速度に起因した歪を発生させることができる。この慣性力検出素子1のコリオリ方向はY軸方向となる。コリオリ力が発生した場合、第2アーム3に配置した各々の感知電極10により第2アーム3の歪を感知し、この感知電極10の極性によってコリオリ力の発生方向を見極める。例えば、第2アーム3の各々に配置した感知電極10をそれぞれ2つずつ設けて、第2アーム3の内側の歪と外側の歪の違いを感知させて、コリオリ力の発生方向を見極めてもよい。第2アーム3の内側における歪の伸び率と外側における歪の伸び率が異なるので、歪の違いを感知できる。Z軸の左回りの角速度が生じた場合も同様に第2アーム3の歪を感知すればよい。   In the inertial force detection element 1 as described above, for example, when an angular velocity is generated in the clockwise direction about the Z axis, the inertial force detection element 1 is driven with respect to the weight part 7 as shown in FIG. Since the Coriolis force is generated in a direction orthogonal to the vibration direction (Coriolis direction indicated by a solid arrow and a dotted arrow), it is possible to generate a distortion due to the clockwise angular velocity of the Z axis in the second arm 3. . The Coriolis direction of the inertial force detection element 1 is the Y-axis direction. When the Coriolis force is generated, each sensing electrode 10 disposed on the second arm 3 senses the distortion of the second arm 3, and the polarity of the sensing electrode 10 determines the direction in which the Coriolis force is generated. For example, two sensing electrodes 10 disposed on each of the second arms 3 are provided to sense the difference between the inner and outer strains of the second arm 3 to determine the direction of Coriolis force generation. Good. Since the strain elongation rate inside the second arm 3 is different from the strain elongation rate outside, the difference in strain can be sensed. Similarly, when the counterclockwise angular velocity of the Z axis is generated, the distortion of the second arm 3 may be sensed.
また、Y軸の右回りに角速度が生じた場合は、錘部7の駆動振動と同調して、図7に示すように、錘部7に対して駆動振動方向と直交した方向(実線の矢印と点線の矢印で記したコリオリ方向)にコリオリ力が発生するので、第2アーム3にY軸の右回りの角速度に起因した歪を発生させることができる。この慣性力検出素子1のコリオリ方向はZ軸方向となる。コリオリ力が発生した場合、第2アーム3に配置した各々の感知電極10により第2アーム3の歪を感知し、この感知電極10の極性によってコリオリ力の発生方向を見極める。例えば、第2アーム3のZ軸の正側の歪とZ軸の負側の歪の違いを感知させて、コリオリ力の発生方向を見極めてもよい。第2アーム3のZ軸の正側の歪の伸び率とZ軸の負側の歪の伸び率が異なるので、歪の違いを感知できる。Y軸の左回りの角速度が生じた場合も同様に第2アーム3の歪を感知すればよい。   Further, when the angular velocity is generated clockwise around the Y axis, the direction (indicated by the solid line) is perpendicular to the driving vibration direction with respect to the weight portion 7 as shown in FIG. 7 in synchronization with the driving vibration of the weight portion 7. Since the Coriolis force is generated in the Coriolis direction indicated by a dotted arrow), the second arm 3 can be distorted due to the clockwise angular velocity of the Y axis. The Coriolis direction of the inertial force detection element 1 is the Z-axis direction. When the Coriolis force is generated, each sensing electrode 10 disposed on the second arm 3 senses the distortion of the second arm 3, and the polarity of the sensing electrode 10 determines the direction in which the Coriolis force is generated. For example, the generation direction of the Coriolis force may be determined by sensing the difference between the positive Z-axis distortion and the negative Z-axis distortion of the second arm 3. Since the elongation rate of strain on the positive side of the Z axis of the second arm 3 is different from that of strain on the negative side of the Z axis, a difference in strain can be sensed. Similarly, when the counterclockwise angular velocity of the Y axis is generated, the distortion of the second arm 3 may be sensed.
上記構成により、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸に対して、第1アーム2をX軸方向に配置し、第2アーム3をY軸方向に配置した場合、第2アーム3をX軸方向に駆動振動させれば、Z軸周りの角速度に起因した歪を第2アーム3に発生させることができ、この歪を感知すればZ軸周りの角速度を検出できる。また、Y軸周りの角速度に起因した歪を第2アーム3に発生させることもでき、この歪を感知すればY軸周りの角速度も検出できる。   With the above configuration, when the first arm 2 is arranged in the X-axis direction and the second arm 3 is arranged in the Y-axis direction with respect to the X-axis, Y-axis, and Z-axis orthogonal to each other, If drive vibration is performed in the axial direction, distortion caused by the angular velocity around the Z axis can be generated in the second arm 3, and if this distortion is sensed, the angular velocity around the Z axis can be detected. Further, distortion caused by the angular velocity around the Y axis can be generated in the second arm 3, and if this distortion is sensed, the angular velocity around the Y axis can also be detected.
特に、上記慣性力検出素子1では、第2アーム3をX軸方向に振動させて角速度に起因した第2アーム3の歪を感知するが、この第2アーム3の歪は、第2アーム3のX軸方向の振動にともなって、角速度に起因したY軸方向への振動またはZ軸方向への振動として形成される。したがって、第2アーム3には、X軸方向の振動と、角速度に起因したY軸方向またはZ軸方向の振動が発生し、このとき、第2アーム3のX軸方向の振動周波数とY軸方向の振動周波数とZ軸方向の振動周波数とは、それぞれ、第2アーム3のX軸方向の共振周波数とY軸方向の共振周波数とZ軸方向の共振周波数となっている。第2アーム3の歪を感知する際は、第2アーム3のX軸方向の振動周波数を基準にして感知するので、第2アーム3のX軸方向の共振周波数とY軸方向またはZ軸方向の共振周波数の周波数差は小さい方が感度を向上させることができる。   In particular, in the inertial force detection element 1, the second arm 3 is vibrated in the X-axis direction to sense the distortion of the second arm 3 due to the angular velocity. Is generated as vibration in the Y-axis direction or vibration in the Z-axis direction due to the angular velocity. Accordingly, vibration in the X-axis direction and vibration in the Y-axis direction or Z-axis direction due to the angular velocity are generated in the second arm 3, and at this time, the vibration frequency in the X-axis direction of the second arm 3 and the Y-axis direction are generated. The vibration frequency in the direction and the vibration frequency in the Z-axis direction are the resonance frequency in the X-axis direction, the resonance frequency in the Y-axis direction, and the resonance frequency in the Z-axis direction, respectively. When the distortion of the second arm 3 is sensed, it is sensed based on the vibration frequency of the second arm 3 in the X-axis direction, so the resonance frequency of the second arm 3 in the X-axis direction and the Y-axis direction or the Z-axis direction. The sensitivity can be improved if the frequency difference between the resonance frequencies is smaller.
なお、本発明の慣性力センサの慣性力検出素子1に加速度検出部を形成してもよい。   In addition, you may form an acceleration detection part in the inertial force detection element 1 of the inertial force sensor of this invention.
加速度検出部は、上記の慣性力検出素子1において、第2アーム3よりも薄く形成した第1アーム2にて、加速度に起因した第1アーム2の歪を感知させ、加速度を検出するようにすればよい。   In the inertial force detection element 1, the acceleration detection unit senses the distortion of the first arm 2 caused by the acceleration in the first arm 2 formed thinner than the second arm 3, and detects the acceleration. do it.
上記構成により、角速度センサとしての機能を保持しつつ、加速度センサとしての機能も保持することができる。   With the above configuration, it is possible to retain the function as an acceleration sensor while retaining the function as an angular velocity sensor.
また、加速度検出部は次のように形成してもよい。   Further, the acceleration detection unit may be formed as follows.
錘部7と対向する対向基板を配置するとともに錘部7と対向基板の各々の対向面に対向電極を配置し、第1アーム2の厚みを第2アーム3よりも薄くして、加速度に起因した対向電極間の静電容量変化を感知して加速度を検出してもよい。   A counter substrate facing the weight portion 7 is disposed and a counter electrode is disposed on each of the facing surfaces of the weight portion 7 and the counter substrate so that the thickness of the first arm 2 is smaller than that of the second arm 3, resulting from acceleration. The acceleration may be detected by sensing the capacitance change between the counter electrodes.
本実施の形態の慣性力検出素子1は、錘部7が、第1アーム2および第2アーム3が形成されたXY方向の平面に対し対称であるので、錘部7の重心も第1アーム2および第2アーム3が形成されたXY方向の平面内に存在することになる。したがって、角速度を検出するために錘部7をXY平面方向に駆動、振動させた場合に、錘部7の駆動、振動自体によるZ軸方向での重心の移動はないので、錘部7の駆動、振動によって外部に漏れるXY平面方向の振動を低下あるいは無くすことが可能となるので、外部に漏れた振動が反射して慣性力検出素子1に作用することによる慣性力の検出精度の悪化を低減または防止することができる。   In the inertial force detection element 1 of the present embodiment, the weight portion 7 is symmetric with respect to the plane in the XY direction on which the first arm 2 and the second arm 3 are formed, so that the center of gravity of the weight portion 7 is also the first arm. 2 and the second arm 3 exist in the plane of the XY direction in which they are formed. Therefore, when the weight portion 7 is driven and vibrated in the XY plane direction to detect the angular velocity, the weight portion 7 is not driven and the center of gravity is not moved in the Z-axis direction due to the vibration itself. Since the vibration in the XY plane direction leaking to the outside due to vibration can be reduced or eliminated, the deterioration of the inertial force detection accuracy due to the reflection of the leaking vibration to the inertial force detection element 1 is reduced. Or it can be prevented.
また、枠体6が第1アーム2および第2アーム3が形成されたXY方向の平面に対し対称であり、第1アーム2および第2アーム3よりも厚いので、Z軸方向の強度に異方性がなく強固になり、錘部7の駆動、振動や慣性力、あるいは外力に対しても変形し難い構造となり、慣性力の検出精度を向上させることができる。   Further, since the frame body 6 is symmetrical with respect to the plane in the XY direction on which the first arm 2 and the second arm 3 are formed and is thicker than the first arm 2 and the second arm 3, the strength in the Z-axis direction is different. It becomes solid without directivity and has a structure that is difficult to be deformed by driving of the weight portion 7, vibration, inertial force, or external force, and the inertial force detection accuracy can be improved.
(実施の形態2)
図8〜図10は、本発明の実施の形態2を説明する図面であり、図8は本発明の実施の形態2における慣性力検出素子の平面図、図9は同慣性力検出素子の平面断面図、図10は同慣性力検出素子の分解斜視図である。
(Embodiment 2)
8 to 10 are diagrams for explaining the second embodiment of the present invention. FIG. 8 is a plan view of the inertial force detection element in the second embodiment of the present invention. FIG. 9 is a plan view of the inertial force detection element. FIG. 10 is an exploded perspective view of the inertial force detection element.
実施の形態2における慣性力検出素子は、図10に示すように、第3の検出素子片1c、第4の検出素子片1dおよび第5の検出素子片1eを貼り合せたものである。第3の検出素子片1cは実施の形態1における第1の検出素子片1aの厚みを一定にしたもので、第4の検出素子片1dと第5の検出素子片1eは、実施の形態1における第1の検出素子片1aの第1アーム片2a、第2アーム片3aおよび錘部片7aを一定の厚みにしたものである。なお、慣性力検出素子1は厚み方向に対称である。この場合においても、錘部7が、第1アーム2および第2アーム3が形成されたXY方向の平面に対し対称であるので、錘部7の重心も第1アーム2および第2アーム3が形成されたXY方向の平面内に存在することになる。したがって、角速度を検出するために錘部7をXY平面方向に駆動、振動させた場合に、この駆動、振動自体によって錘部7がZ軸方向に移動することはなく、角速度の検出を精度良く行うことができる。   As shown in FIG. 10, the inertial force detection element in the second embodiment is obtained by bonding a third detection element piece 1c, a fourth detection element piece 1d, and a fifth detection element piece 1e. The third detection element piece 1c is obtained by making the thickness of the first detection element piece 1a in the first embodiment constant, and the fourth detection element piece 1d and the fifth detection element piece 1e are the same as those in the first embodiment. The first arm piece 2a, the second arm piece 3a and the weight piece 7a of the first detection element piece 1a in FIG. The inertial force detection element 1 is symmetrical in the thickness direction. Also in this case, since the weight portion 7 is symmetric with respect to the plane in the XY direction on which the first arm 2 and the second arm 3 are formed, the center of gravity of the weight portion 7 is also determined by the first arm 2 and the second arm 3. It exists in the plane of the formed XY direction. Therefore, when the weight portion 7 is driven and vibrated in the XY plane direction to detect the angular velocity, the weight portion 7 does not move in the Z-axis direction by this driving and vibration itself, and the angular velocity is detected with high accuracy. It can be carried out.
(実施の形態3)
図11〜図13は、本発明の実施の形態3を説明する図面であり、図11は本発明の実施の形態3における慣性力検出素子の平面図、図12は同慣性力検出素子の平面断面図、図13は同慣性力検出素子の分解斜視図である。
(Embodiment 3)
11 to 13 are diagrams for explaining the third embodiment of the present invention. FIG. 11 is a plan view of the inertial force detection element in the third embodiment of the present invention. FIG. 12 is a plan view of the inertial force detection element. FIG. 13 is an exploded perspective view of the inertial force detection element.
実施の形態3における慣性力検出素子1は、図13に示すように実施の形態1における第1の検出素子片1aに第6の検出素子片1fを貼り付けたものである。第6の検出素子片1fは実施の形態2における第4の検出素子片1dと形状が似ているが、厚みが異なっている。錘部7が、第1アーム2および第2アーム3が形成されたXY方向の平面に対し対称となるように第6の検出素子片1fの厚みを設定している。これにより、錘部7の重心が第1アーム2および第2アーム3が形成されたXY方向の平面内に存在することになる。したがって、角速度を検出するために錘部7をXY平面方向に駆動、振動させた場合に、この駆動、振動自体によって錘部7がZ軸方向に移動することはなく、角速度の検出を精度良く行うことができる。   As shown in FIG. 13, the inertial force detection element 1 in the third embodiment is obtained by attaching a sixth detection element piece 1f to the first detection element piece 1a in the first embodiment. The sixth detection element piece 1f is similar in shape to the fourth detection element piece 1d in the second embodiment, but is different in thickness. The thickness of the sixth detection element piece 1f is set so that the weight portion 7 is symmetrical with respect to the plane in the XY direction where the first arm 2 and the second arm 3 are formed. Thereby, the gravity center of the weight part 7 exists in the plane of the XY direction in which the 1st arm 2 and the 2nd arm 3 were formed. Therefore, when the weight portion 7 is driven and vibrated in the XY plane direction to detect the angular velocity, the weight portion 7 does not move in the Z-axis direction by this driving and vibration itself, and the angular velocity is detected with high accuracy. It can be carried out.
本発明にかかる慣性力検出素子は、慣性力を検出する感度と精度を向上させることができるという優れた効果を奏するものである。   The inertial force detection element according to the present invention has an excellent effect that the sensitivity and accuracy of detecting the inertial force can be improved.
本発明の実施の形態1における慣性力検出素子の平面図The top view of the inertial force detection element in Embodiment 1 of this invention 同検出素子の正面図Front view of the detector 同検出素子の分解斜視図Exploded perspective view of the detection element 本発明の実施の形態1における第1の検出素子片の斜視図The perspective view of the 1st detection element piece in Embodiment 1 of this invention 同慣性力検出素子の駆動振動状態図Driving vibration state diagram of the inertial force detection element Z軸周りの角速度に起因した同慣性力検出素子の歪振動状態図Strain vibration state diagram of the inertial force detection element due to angular velocity around the Z axis Y軸周りの角速度に起因した同慣性力検出素子の歪振動状態図Strain vibration state diagram of the inertial force detection element due to angular velocity around the Y axis 本発明の実施の形態2における慣性力検出素子の平面図The top view of the inertial force detection element in Embodiment 2 of this invention 同慣性力検出素子の平面断面図Plan sectional view of the inertial force detection element 同慣性力検出素子の分解斜視図Exploded perspective view of the inertial force detection element 本発明の実施の形態3における慣性力検出素子の平面図Plan view of inertial force detection element according to Embodiment 3 of the present invention 同慣性力検出素子の平面断面図Plan sectional view of the inertial force detection element 同慣性力検出素子の分解斜視図Exploded perspective view of the inertial force detection element
1 慣性力検出素子
1a 第1の検出素子片
1b 第2の検出素子片
1c 第3の検出素子片
1d 第4の検出素子片
1e 第5の検出素子片
1f 第6の検出素子片
2 第1アーム(連結部)
2a 第1アーム片
3 第2アーム(連結部)
3a 第2アーム片
4 第3アーム
4a 第3アーム片
5 スリット
6 枠体(固定部)
6a 枠体片
7 錘部(質量部)
7a 錘部片
8 第1駆動電極
9 第2駆動電極
10 感知電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inertial force detection element 1a 1st detection element piece 1b 2nd detection element piece 1c 3rd detection element piece 1d 4th detection element piece 1e 5th detection element piece 1f 6th detection element piece 2 1st Arm (connection part)
2a 1st arm piece 3 2nd arm (connection part)
3a 2nd arm piece 4 3rd arm 4a 3rd arm piece 5 Slit 6 Frame (fixed part)
6a Frame piece 7 Weight part (mass part)
7a Weight piece 8 First drive electrode 9 Second drive electrode 10 Sensing electrode

Claims (2)

  1. 質量部と、
    可撓性を有し前記質量部を支持し、所定の厚みを有し同一平面に形成され、前記厚み方向において対称である連結部と、
    前記連結部を介して前記質量部を保持する固定部と、
    前記質量部を駆動させる駆動部と、
    前記質量部に作用する慣性力を検出するための検出部とを備え、
    前記連結部が、前記連結部が形成された平面に対する垂直な方向における前記質量部の厚みよりも薄い箇所を有し、
    前記質量部が、前記連結部が形成された平面に対する垂直な方向において対称である慣性力検出素子。
    Part by mass;
    A connecting portion that has flexibility, supports the mass portion, has a predetermined thickness, is formed in the same plane, and is symmetric in the thickness direction;
    A fixing part for holding the mass part via the connecting part;
    A drive unit for driving the mass unit;
    A detection unit for detecting an inertial force acting on the mass unit,
    The connecting part has a portion thinner than the thickness of the mass part in a direction perpendicular to the plane on which the connecting part is formed;
    An inertial force detection element in which the mass portion is symmetric in a direction perpendicular to a plane in which the coupling portion is formed.
  2. 前記固定部が、前記連結部が形成された平面方向に対する垂直な方向において対称であり、かつ前記連結部よりも厚い請求項1記載の慣性力検出素子。 The inertial force detection element according to claim 1, wherein the fixed portion is symmetric in a direction perpendicular to a planar direction in which the connecting portion is formed and is thicker than the connecting portion.
JP2009038888A 2009-02-23 2009-02-23 Inertia force detecting element Pending JP2010197061A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009038888A JP2010197061A (en) 2009-02-23 2009-02-23 Inertia force detecting element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009038888A JP2010197061A (en) 2009-02-23 2009-02-23 Inertia force detecting element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010197061A true JP2010197061A (en) 2010-09-09

Family

ID=42821950

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009038888A Pending JP2010197061A (en) 2009-02-23 2009-02-23 Inertia force detecting element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010197061A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013061558A1 (en) * 2011-10-24 2013-05-02 パナソニック株式会社 Angular velocity sensor and detection element used in same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09196682A (en) * 1996-01-19 1997-07-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd Angular velocity sensor and acceleration sensor
JP2001241954A (en) * 2000-02-29 2001-09-07 Kyocera Corp Piezoelectric sensor
JP2002267451A (en) * 2001-03-12 2002-09-18 Wacoh Corp Angular velocity sensor
JP2004093274A (en) * 2002-08-30 2004-03-25 Japan Aviation Electronics Industry Ltd Impact sensor
WO2008059757A1 (en) * 2006-11-14 2008-05-22 Panasonic Corporation Sensor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09196682A (en) * 1996-01-19 1997-07-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd Angular velocity sensor and acceleration sensor
JP2001241954A (en) * 2000-02-29 2001-09-07 Kyocera Corp Piezoelectric sensor
JP2002267451A (en) * 2001-03-12 2002-09-18 Wacoh Corp Angular velocity sensor
JP2004093274A (en) * 2002-08-30 2004-03-25 Japan Aviation Electronics Industry Ltd Impact sensor
WO2008059757A1 (en) * 2006-11-14 2008-05-22 Panasonic Corporation Sensor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013061558A1 (en) * 2011-10-24 2013-05-02 パナソニック株式会社 Angular velocity sensor and detection element used in same
JPWO2013061558A1 (en) * 2011-10-24 2015-04-02 パナソニックIpマネジメント株式会社 Angular velocity sensor and detection element used therefor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5205970B2 (en) Inertial force sensor
JP5205725B2 (en) Angular velocity sensor
JP2006215016A (en) Sensor having both functions of gyroscope and accelerometer
JP2007256235A (en) Inertia force sensor
JP2010190706A (en) Inertial force sensor
JP2007333643A (en) Inertial sensor
JP2008076265A (en) Inertial force sensor
WO2018003692A1 (en) Physical quantity sensor
JP2009222475A (en) Compound sensor
JP2010197061A (en) Inertia force detecting element
JP2007256234A (en) Inertia force sensor
JP2008203070A (en) Composite sensor
JP2009222476A (en) Compound sensor
JP2009156603A (en) Combined sensor
JP4983107B2 (en) Inertial sensor and method of manufacturing inertial sensor
JP2008261771A (en) Inertia force sensor
JP2008232704A (en) Inertia force sensor
JP2007198778A (en) Inertial force sensor
JP4858215B2 (en) Compound sensor
JP2008232703A (en) Inertia force sensor
JP2007198779A (en) Inertial force sensor
JP2009063392A (en) Inertial force sensor
JP2014157162A (en) Inertial force sensor
JP2008261772A (en) Inertia force sensor
JP2009250955A (en) Inertial force sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120130

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20120214

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20121214

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130104

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130115

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130314

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130416

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130515

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130730