JP2015001493A - Physical quantity sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特に、耐衝撃性の優れた例えば角速度を検出する物理量センサに関するものである。 In particular, the present invention relates to a physical quantity sensor that detects, for example, an angular velocity that has excellent impact resistance.
従来のこの種の角速度センサは、図17に示すように構成されていた。 A conventional angular velocity sensor of this type is configured as shown in FIG.
図17は従来の角速度センサの斜視図である。 FIG. 17 is a perspective view of a conventional angular velocity sensor.
図17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はシリコー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、前記シリコー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. 17,
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18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19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、通常の角速度以外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、シリコーンゲルからなる防振部材12を角速度検出素子1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。
Here, considering the case where an impact load other than the normal angular velocity is applied to the angular velocity sensor from the outside, in the conventional angular velocity sensor, the
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。
As prior art document information relating to the invention of this application, for example,
しかしながら、上記従来の構成においては、シリコーンゲルからなる防振部材12のみ設けているため、例えば、図20に示すように、角速度検出素子1の振動駆動の周波数である41kHz付近近傍では、ゲインが0.005であり、十分な振動の減衰を達成できていないため、角速度検出素子に衝撃荷重が加わると振動駆動に影響を及ぼしてしまうこととなり、これにより、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 conventional configuration, since only the
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、物理量センサに、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物理量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 provides a physical quantity sensor with improved output signal accuracy that does not fluctuate in output signal even when an impact load is applied to the physical quantity sensor. It is intended to do.
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、検出素子と、この検出素子を載置する載置部と、この載置部と一端を接続されるとともに前記検出素子とリードワイヤーを介して電気的に接続された端子と、前記検出素子および載置部を収納するとともに前記端子の他端を支持する有底筒状のケースと、前記ケースにおける内底面と載置部との間に位置して樹脂製の防振部材を設けたもので、この構成によれば、ケースにおける内底面と載置部との間に位置して樹脂製の防振部材を設けたため、端子と防振部材との双方により、検出素子の不要な振動を減衰させることとなり、これにより、防振部材のみにより不要な振動を減衰させるのに比較して、端子による防振効果を期待することができるから、端子によりケースと検出素子とを電気的に接続しつつ、検出素子に衝撃荷重が加わることを抑制できることとなり、出力信号が変動しなくな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, a detection element, a mounting portion on which the detection element is mounted, and the mounting portion and one end are connected and electrically connected to the detection element and the lead wire. A terminal connected to the bottom, a bottomed cylindrical case that houses the detection element and the mounting portion and supports the other end of the terminal, and is positioned between the inner bottom surface of the case and the mounting portion According to this configuration, since the resin vibration isolation member is provided between the inner bottom surface of the case and the placement portion, the terminal and the vibration isolation member are provided. By both, the unnecessary vibration of the detection element will be attenuated, and as a result, the anti-vibration effect by the terminal can be expected as compared with the case where the unnecessary vibration is attenuated only by the anti-vibration member. While electrically connecting the case and the detection element Will be able to prevent the impact load is applied to the detecting element, the output signal is one that has the effect that not fluctuate.
本発明の請求項2に記載の発明は、防振部材をケースの内底面から内側面にわたって設けたもので、この構成によれば、防振部材を検出素子におけるX軸、Y軸およびZ軸の3軸方向にわたって設けることとなり、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から、これにより、検出素子からの出力信号が、さらに安定するという作用効果を有するものである。 According to the second aspect of the present invention, the vibration isolating member is provided from the inner bottom surface to the inner side surface of the case. According to this configuration, the vibration isolating member is arranged in the X-axis, Y-axis, and Z-axis of the detection element. Therefore, unnecessary vibration generated in the detection element can be attenuated by any of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction due to the viscoelasticity of the vibration-proof member. Thus, this has the effect of further stabilizing the output signal from the detection 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ー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ーンゲルとしたため、液状の状態で、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
検出素子と、この検出素子を載置する載置部と、この載置部と一端を接続されるとともに前記検出素子とリードワイヤーを介して電気的に接続された端子と、前記検出素子および載置部を収納するとともに前記端子の他端を支持する有底筒状のケースと、前記ケースにおける内底面と載置部との間に位置して樹脂製の防振部材を設けたもので、この構成によれば、ケースにおける内底面と載置部との間に位置して樹脂製の防振部材を設けたため、端子と防振部材との双方により、検出素子の不要な振動を減衰させることとなり、これにより、防振部材のみにより不要な振動を減衰させるのに比較して、端子による防振効果を期待することができるから、端子によりケースと検出素子とを電気的に接続しつつ、検出素子に衝撃荷重が加わることを抑制できることとなり、その結果、出力信号の変動しない物理量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。 A detecting element; a mounting part for mounting the detecting element; a terminal connected to the mounting part at one end and electrically connected to the detecting element through a lead wire; the detecting element and the mounting element; A bottomed cylindrical case that houses the placement portion and supports the other end of the terminal, and a resin-made vibration-proof member is provided between the inner bottom surface and the placement portion in the case, According to this configuration, since the vibration isolating member made of resin is provided between the inner bottom surface of the case and the mounting portion, unnecessary vibration of the detection element is attenuated by both the terminal and the vibration isolating member. As a result, it is possible to expect an anti-vibration effect by the terminal as compared with the case where the unnecessary vibration is attenuated only by the anti-vibration member, so that the case and the detection element are electrically connected by the terminal. , Impact load is applied to the sensing element Will can be suppressed, as a result, those having the effect that it is possible to provide a physical quantity sensor that does not vary in the output signal.
以下、本発明の一実施の形態における物理量センサについて、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a physical quantity 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物理量センサの側断面図、図2は同物理量センサにおける検出素子の側断面図、図3は同検出素子の上面図、図4は同物理量センサにおける検出素子の圧電体を設けた箇所の側断面図、図5は同物理量センサの回路図である。 1 is a side sectional view of a physical quantity sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side sectional view of a detection element in the physical quantity sensor, FIG. 3 is a top view of the detection element, and FIG. 4 is a detection in the physical quantity sensor. FIG. 5 is a circuit diagram of the physical quantity sensor. FIG.
図1〜図5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検出素子で、この検出素子は、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、前記検出素子20は、図2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、さらに前記一対の内側駆動圧電体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、前記検出素子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、さらに前記一対の内側駆動圧電体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 5,
また、前記検出素子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、さらに前記一対の内側駆動圧電体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。
Further, the
そしてまた、前記検出素子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、さらに前記一対の内側駆動圧電体41の間に位置して、内側検出圧電体43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68を設けているものである。
In addition, the
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4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. 4, the outer
そして、前記外側駆動圧電体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3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。
Then, 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は下面の両側に複数のIC用電極パッド48aを設けており、このIC用電極パッド48aを前記検出素子20における素子用電極パッド20bと電気的に接続させている。
An
また、前記IC48は、図5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68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68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55、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、検出素子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. 5, 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は前記検出素子20を内側に収納するとともに、内底面に前記IC48を設けている。そして、このケース67は多層回路基板(図示せず)を有しており、前記IC48と前記IC用電極パッド48aを介して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の内底面に設けたIC48の上面に充填されている。
72は樹脂製の載置部で、この載置部72は前記検出素子20を上面に載置するとともに、前記ケース67の上面にIC48を介して設けた防振部材71の上面に設けられている。
73は金属製の端子で、この金属製の端子73は前記載置部72と一体に成形されることにより、一端を載置部72と接続されるとともに、前記検出素子20とリードワイヤー74を介して電気的に接続されている。
75はセラミックからなる上蓋で、この上蓋75は前記ケース67の上面開口部を閉塞している。
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物理量センサについて、次に、その組立方法を説明する。 Next, a method for assembling the physical quantity 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、68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、68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、68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からなる検出素子20を形成する。
Next, by removing unnecessary portions in the base material (not shown), the
次に、ケース67の内底面にIC48を載置し、IC用電極パッド48aをケース67における多層回路基板(図示せず)と電気的に接続する。
Next, the
次に、載置部72に端子73を一体に成形した後、端子73の他端をケース67と接続する。
Next, after the terminal 73 is formed integrally with the mounting
次に、前記ケース67の内底面に、IC48の上面と載置部72の下面とが接続されるまで、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、載置部72とIC48とを防振部材71により、接続する。
Next, after the inner bottom surface of 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、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-
最後に、ケース67の上面開口部を上蓋75により閉塞する。
Finally, the upper surface opening of the
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物理量センサについて、次に、その動作を説明する。 Next, the operation of the physical quantity sensor according to the embodiment of the present invention configured 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6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68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7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8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9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10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25および内側検出圧電体26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25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11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12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 piezoelectric body 33 and the inner 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、68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
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25および内側検出圧電体26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25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13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、物理量センサに外部より、衝撃荷重が加わる場合を考えると、本発明の一実施の形態における物理量センサにおいては、シリコーンゲルからなる防振部材71を検出素子20の下面とケース67の内底面からIC48を介して接続するように設けているため、防振部材71の粘弾性により、衝撃荷重が加わっても検出素子20に生じる不要な振動を、前述の如く、図20に示すように、41kHz付近のゲイン量を約0.005付近まで減衰させることとなる。
Here, considering the case where an impact load is applied to the physical quantity sensor from the outside, in the physical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, the
同様に、載置部72とケース67との間に設けられた端子73の減衰により、図14に示すように、41kHz付近のゲイン量を約0.1付近まで減衰させることとなる。
Similarly, the attenuation of the terminal 73 provided between the mounting
したがって、防振部材71と端子73との双方を重ね合わせた減衰効果により、図15に示すように、41kHz付近のゲイン量を約0.005付近まで減衰させることができるものである。
Therefore, as shown in FIG. 15, the gain amount near 41 kHz can be attenuated to about 0.005 by the attenuation effect obtained by superimposing both the
なお、本発明の一実施の形態における物理量センサにおいては、防振部材71をウレタンゲルとしたが、シリコーンゲルとしても同様の効果を有するものである。
In the physical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, the
また、本発明の一実施の形態における物理量センサにおいては、防振部材71をケース67の内底面に設ける構成としたが、図16に示すように、ケース67の内底面から内側面にわたって防振部材76を設けても同様の効果を有するものである。
In the physical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, the
また、本発明の一実施の形態における物理量センサにおいては、防振部材71をある程度容積を有する形状としたが、例えば、接着剤のように薄く設けても同様の効果を有するものである。
Further, in the physical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, the
なお、本発明の一実施の形態における物理量センサの例としては、角速度を検出する物理量センサについて説明したが、加速度や歪量を検出する物理量センサにも適用できる。しかし、本実施の形態のように、角速度を検出する場合には、駆動方向と検出方向が直交関係であるため、図1に示すように、ケース67の平面方向の防振構造(端子73)と厚み方向の防振構造(防振部材71)の2軸の防振構造により、耐衝撃性を大幅に向上させることができる。さらに、平面方向の防振構造(端子73)と厚み方向の防振構造(防振部材71)の減衰周波数を異ならせることにより、駆動周波数と検出周波数の両方の周波数に対して防振性能を向上させることができる。さらに、X軸、Y軸、Z軸それぞれの軸周りの角速度を検出する多軸検出素子の場合は、複数の駆動周波数や検出周波数を有するため、一層の防振効果を有する。 Note that, as an example of the physical quantity sensor in one embodiment of the present invention, the physical quantity sensor that detects the angular velocity has been described. However, the physical quantity sensor can also be applied to a physical quantity sensor that detects acceleration and distortion. However, when the angular velocity is detected as in the present embodiment, the drive direction and the detection direction are orthogonal to each other. Therefore, as shown in FIG. With the biaxial vibration-proof structure of the vibration-proof structure (vibration-proof member 71) in the thickness direction, the impact resistance can be greatly improved. Furthermore, by making the attenuation frequency of the vibration isolation structure in the plane direction (terminal 73) different from that of the vibration isolation structure in the thickness direction (vibration isolation member 71), the vibration isolation performance can be improved with respect to both the drive frequency and the detection frequency. Can be improved. Furthermore, in the case of a multi-axis detection element that detects angular velocities around the X-axis, Y-axis, and Z-axis, since it has a plurality of drive frequencies and detection frequencies, it has a further anti-vibration effect.
本発明に係る物理量センサは、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物理量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、角速度を検出する耐衝撃性の優れた物理量センサに適用して有用なものである。 The physical quantity sensor according to the present invention has an effect of providing a physical quantity sensor with improved accuracy of the output signal, in which the output signal does not fluctuate even when an impact load is applied. It is useful when applied to a physical quantity sensor with excellent impact resistance that detects angular velocity.
20 検出素子
67 ケース
71,76 防振部材
72 載置部
73 端子
74 リードワイヤー
20
Claims (3)
Priority Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11372018B2 (en) | 2019-11-29 | 2022-06-28 | Seiko Epson Corporation | Sensor unit, electronic apparatus, and moving object |
-
2013
- 2013-06-18 JP JP2013127259A patent/JP2015001493A/en active Pending
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