JP5509399B1 - Inertial sensor - Google Patents

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Abstract

【課題】利用環境によって検出結果に悪影響が及ぶことがなく、しかも高い検出感度をもって加速度や角速度の正確な検出を行う。
【解決手段】装置筐体の底板800に固定された板状部材711から、板状橋梁部720および板状橋梁部730が「コ」の字型に伸び、先端に重錘体750が接続された片持ち梁構造体が形成される。板状橋梁部720の根端部および先端部ならびに板状橋梁部730の根端部および先端部の4箇所に3組ずつピエゾ抵抗素子が配置され、これらの抵抗変化によりx軸,y軸,z軸方向に作用した加速度が検出できる。中間接続部725および重錘接続部740には、板状橋梁部720,730の側面から外側に突き出した庇構造部801,802,803が設けられており、板状橋梁部に撓みが生じたときに、根端部および先端部に応力を集中させる役割を果たす。
【選択図】図36
An object of the present invention is to accurately detect acceleration and angular velocity with high detection sensitivity without adversely affecting detection results depending on the use environment.
A plate-like bridge portion 720 and a plate-like bridge portion 730 extend from a plate-like member 711 fixed to a bottom plate 800 of the apparatus housing into a “U” shape, and a weight body 750 is connected to the tip. A cantilever beam structure is formed. Three sets of piezoresistive elements are arranged at four locations of the root end portion and the tip end portion of the plate-like bridge portion 720 and the root end portion and the tip end portion of the plate-like bridge portion 730, and the x-axis, y-axis, The acceleration acting in the z-axis direction can be detected. The intermediate connection portion 725 and the weight connection portion 740 are provided with eaves structure portions 801, 802, and 803 protruding outward from the side surfaces of the plate-like bridge portions 720 and 730, and the plate-like bridge portion is bent. Sometimes it plays a role in concentrating stress on the root and tip.
[Selection] Figure 36

Description

本発明は、慣性センサに関し、特に、所定の座標軸方向に作用した加速度を検出する機能をもった慣性センサに関する。 The present invention relates to an inertial sensor, and more particularly to an inertial sensor having a function of detecting an acceleration acting in a predetermined coordinate axis direction.

各種車両、船舶、航空機などでは、姿勢制御やナビゲーションの情報を得るために、加速度センサや角速度センサが利用されている。また、ロボットや産業機械においても、その動きを的確に制御するため、様々な箇所に加速度センサや角速度センサが取り付けられている。このようなセンサのうち、装置筐体内に可撓性部材を介して重錘体を取付け、この重錘体の慣性を利用して加速度や角速度の検出を行うセンサは、一般に慣性センサと呼ばれている。   In various vehicles, ships, airplanes, etc., acceleration sensors and angular velocity sensors are used to obtain attitude control and navigation information. Also, in robots and industrial machines, acceleration sensors and angular velocity sensors are attached to various locations in order to accurately control the movement. Among such sensors, a sensor that attaches a weight body to the inside of the apparatus housing via a flexible member and detects acceleration and angular velocity using the inertia of the weight body is generally called an inertia sensor. ing.

たとえば、慣性を利用した加速度センサの場合、作用した加速度に基づいて装置筐体が移動すると、内部の重錘体は慣性により元の位置に留まろうとするため、重錘体は装置筐体に対して相対的な変位を生じる。この変位を電気的に検出することにより、作用した加速度を検出することができる。   For example, in the case of an acceleration sensor using inertia, when the device housing moves based on the applied acceleration, the internal weight body tends to stay in its original position due to inertia, so the weight body is attached to the device housing. A relative displacement is generated. By detecting the displacement electrically, the applied acceleration can be detected.

一方、慣性を利用した角速度センサ(ジャイロセンサ)の場合、装置筐体内で振動中の重錘体には、振動方向を維持しようとする慣性が働くため、作用したモーメントに基づいて装置筐体が回転すると、装置筐体に対する相対的な振動軸が変化を生じる。この振動軸の変化を生じさせるコリオリ力を電気的に検出することにより、作用した角速度を検出することができる。   On the other hand, in the case of an angular velocity sensor (gyro sensor) that uses inertia, the inertia that tries to maintain the vibration direction acts on the weight body that vibrates in the device casing. When rotated, the vibration axis relative to the apparatus housing changes. The detected angular velocity can be detected by electrically detecting the Coriolis force that causes the vibration axis to change.

このような慣性センサでは、装置筐体内に重錘体を支持するための様々な支持構造が提案されており、また、作用した加速度や角速度を電気信号として検出するために、様々な検出素子が利用されている。たとえば、下記の特許文献1には、ダイアフラムの中央部に重錘体を垂下させ、ダイアフラムの周囲部を台座によって装置筐体に支持固定する構造を採用した加速度センサが開示されている。この加速度センサでは、ダイアフラムの所定位置に形成したピエゾ抵抗素子を利用して、作用した加速度の特定の軸方向成分を電気信号として検出することができる。   In such an inertial sensor, various support structures for supporting the weight body in the apparatus casing have been proposed, and various detection elements are used to detect the applied acceleration and angular velocity as an electrical signal. It's being used. For example, Patent Document 1 below discloses an acceleration sensor that employs a structure in which a weight body is suspended from a central portion of a diaphragm and a peripheral portion of the diaphragm is supported and fixed to an apparatus housing by a pedestal. In this acceleration sensor, a specific axial component of the applied acceleration can be detected as an electric signal by using a piezoresistive element formed at a predetermined position of the diaphragm.

一方、特許文献2には、同様の構造により重錘体を支持しつつ、ダイアフラム自体を圧電素子によって構成することにより、この圧電素子における発生電荷分布を利用して、作用した加速度を電気信号として検出する技術が開示されている。また、圧電素子は、電圧を印加すると変形を生じる性質を有しているため、当該性質を利用して、交流駆動信号を当該センサに供給して振動子を振動させ、作用したコリオリ力を検出することにより角速度を検出する方法も開示されている。   On the other hand, in Patent Document 2, by supporting the weight body with the same structure and configuring the diaphragm itself with a piezoelectric element, the generated acceleration in the piezoelectric element is utilized as an electrical signal. Techniques for detection are disclosed. In addition, since the piezoelectric element has a property of causing deformation when a voltage is applied, the AC drive signal is supplied to the sensor to vibrate the vibrator and the applied Coriolis force is detected. A method for detecting the angular velocity by doing so is also disclosed.

更に、特許文献3には、重錘体をL字状のアームによって支持する支持構造が開示されており、圧電素子を用いて重錘体を振動させ、作用するコリオリ力を圧電素子を利用して測定することにより、角速度を検出する角速度センサが開示されている。また、当該文献には、4組の重錘体をそれぞれL字状のアームによって支持した構造を用い、4組の重錘体に作用したコリオリ力を利用して角速度検出を行う技術も開示されている。   Furthermore, Patent Document 3 discloses a support structure that supports a weight body with an L-shaped arm. The piezoelectric body is used to vibrate the weight body, and the acting Coriolis force is utilized using the piezoelectric element. An angular velocity sensor that detects an angular velocity by measuring the above is disclosed. The document also discloses a technique for detecting angular velocity using Coriolis force acting on four sets of weights using a structure in which four sets of weights are respectively supported by L-shaped arms. ing.

特開平6−174571号公報JP-A-6-174571 特開平8−35981号公報JP-A-8-35981 WO2008/035683号公報WO2008 / 035683

前掲の特許文献1,2に開示されているように、重錘体をダイアフラムの中央に垂下させ、ダイアフラムの周囲を台座で固定する支持構造を採用している従来の慣性センサは、構造が非常に単純であるため、製造コストを大幅に低減できるというメリットがある。しかも、重錘体の周囲を取り囲むように配置されたダイアフラムの撓みを検出することにより、重錘体の変位検出が可能になるため、比較的感度の高い検出を行うことができる。しかしながら、ダイアフラムの周囲が台座によって装置筐体に固定されているため、利用時に装置筐体に何らかの応力が加わると、当該応力が台座を介してダイアフラムまで伝達され、検出結果に影響を与えるという問題がある。   As disclosed in the aforementioned Patent Documents 1 and 2, the conventional inertial sensor adopting a support structure in which the weight body is suspended at the center of the diaphragm and the periphery of the diaphragm is fixed by a pedestal has a very structure. Therefore, the manufacturing cost can be greatly reduced. In addition, since the displacement of the weight body can be detected by detecting the deflection of the diaphragm arranged so as to surround the weight body, it is possible to perform detection with relatively high sensitivity. However, since the periphery of the diaphragm is fixed to the device housing by the pedestal, if any stress is applied to the device housing at the time of use, the stress is transmitted to the diaphragm through the pedestal and affects the detection result. There is.

たとえば、利用時の温度環境により装置筐体が膨張したり収縮したりすると、当該応力がダイアフラムまで伝達され、検出結果に悪影響を及ぼすことになる。また、装置筐体を何らかの測定対象物に実装するために、接着剤やネジで固定したとすると、当該実装時に装置筐体に応力が加わる可能性があり、当該応力により検出結果に悪影響が及ぶことになる。   For example, if the device casing expands or contracts due to the temperature environment during use, the stress is transmitted to the diaphragm, which adversely affects the detection result. In addition, if the device housing is fixed with an adhesive or a screw in order to mount the device housing on some measurement object, stress may be applied to the device housing during the mounting, and the stress adversely affects the detection result. It will be.

これに対して、前掲の特許文献3に開示されているように、重錘体をアームによって支持する支持構造を採用すると、アームの根端部が装置筐体に固定されるだけなので、装置筐体に生じた応力に基づく検出結果への悪影響はほとんど無視できる。しかしながら、装置筐体内での重錘体の変位を、アームの撓みによって検出せざるを得ないので、効率的な検出を行うことができず、検出感度が低下することは否めない。   On the other hand, as disclosed in the above-mentioned Patent Document 3, when a supporting structure for supporting the weight body by the arm is employed, the root end portion of the arm is only fixed to the device housing, and thus the device housing. The adverse effect on the detection result based on the stress generated in the body is almost negligible. However, since the displacement of the weight body within the apparatus housing must be detected by the bending of the arm, efficient detection cannot be performed and the detection sensitivity cannot be denied.

また、角速度センサの場合、重錘体の振動が装置筐体まで伝達されて外部に漏れ出てしまうと、重錘体の振動態様が利用時の外部環境の影響を受けることになり、やはり検出結果に悪影響が及ぶことになる。   In the case of an angular velocity sensor, if the vibration of the weight body is transmitted to the device housing and leaks to the outside, the vibration mode of the weight body will be affected by the external environment at the time of use, which is also detected. The result will be adversely affected.

そこで本発明は、利用環境によって検出結果に悪影響が及ぶことがなく、しかも高い検出感度をもって加速度の正確な検出が可能な慣性センサを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an inertial sensor capable of accurately detecting acceleration with high detection sensitivity without adversely affecting the detection result depending on the use environment.

(1) 本発明の第1の態様は、xyz三次元座標系における所定の座標軸方向に作用した加速度もしくは所定の座標軸まわりに作用した角速度を検出する慣性センサにおいて、
y軸に平行な第1の長手方向軸を中心軸としてy軸方向に伸び、可撓性を有する第1の板状橋梁部と、
第1の板状橋梁部に直接もしくは間接的に接続され、x軸に平行な第2の長手方向軸を中心軸としてx軸方向に伸び、可撓性を有する第2の板状橋梁部と、
第2の板状橋梁部に直接もしくは間接的に接続された重錘体と、
第1の板状橋梁部、第2の板状橋梁部および重錘体を収容する装置筐体と、
第1の板状橋梁部の一端を装置筐体に固定する固定部と、
第1の板状橋梁部の所定箇所および第2の板状橋梁部の所定箇所に配置された動作用素子群と、
動作用素子群を用いて、作用した加速度もしくは角速度を検出する検出回路と、
を設け、
固定部は、第1の板状橋梁部の根端部を装置筐体に固定し、第1の板状橋梁部の先端部は第2の板状橋梁部の根端部に直接もしくは間接的に接続され、第2の板状橋梁部の先端部に重錘体が直接もしくは間接的に接続されており、第1の板状橋梁部と第2の板状橋梁部とによってL字状構造体が形成されており、
装置筐体に外力が作用したときに、第1の板状橋梁部および第2の板状橋梁部の撓みにより重錘体が装置筐体内で変位するように構成され、
動作用素子群は、第1の板状橋梁部の根端部近傍に配置された第1の根端部側素子群と、第1の板状橋梁部の先端部近傍に配置された第1の先端部側素子群と、第2の板状橋梁部の根端部近傍に配置された第2の根端部側素子群と、第2の板状橋梁部の先端部近傍に配置された第2の先端部側素子群と、を有し、
第1の板状橋梁部の根端部近傍の表面に、第1の参照領域、第2の参照領域、第3の参照領域を、第1の板状橋梁部の先端部近傍の表面に、第4の参照領域、第5の参照領域、第6の参照領域を、第2の板状橋梁部の根端部近傍の表面に、第7の参照領域、第8の参照領域、第9の参照領域を、第2の板状橋梁部の先端部近傍の表面に、第10の参照領域、第11の参照領域、第12の参照領域を、それぞれ定義したときに、
第1の根端部側素子群は、少なくとも、第1の参照領域に配置された第1属性素子と第3の参照領域に配置された第3属性素子とを有し、第1の先端部側素子群は、少なくとも、第4の参照領域に配置された第4属性素子と第6の参照領域に配置された第6属性素子とを有し、
第2の根端部側素子群は、少なくとも、第7の参照領域に配置された第7属性素子と第9の参照領域に配置された第9属性素子とを有し、第2の先端部側素子群は、少なくとも、第10の参照領域に配置された第10属性素子と第12の参照領域に配置された第12属性素子とを有し、
第2の参照領域および第5の参照領域は、xy平面への正射影投影像が第1の長手方向軸の投影像上に位置するようにそれぞれ定義され、第8の参照領域および第11の参照領域は、xy平面への正射影投影像が第2の長手方向軸の投影像上に位置するようにそれぞれ定義され、
L字状構造体の屈曲構造を考慮して、第1の板状橋梁部および第2の板状橋梁部に内側と外側とを定義したときに、
第1の参照領域は、xy平面への正射影投影像が第2の参照領域の投影像の内側に隣接する位置に定義され、第3の参照領域は、xy平面への正射影投影像が第2の参照領域の投影像の外側に隣接する位置に定義され、
第4の参照領域は、xy平面への正射影投影像が第5の参照領域の投影像の内側に隣接する位置に定義され、第6の参照領域は、xy平面への正射影投影像が第5の参照領域の投影像の外側に隣接する位置に定義され、
第7の参照領域は、xy平面への正射影投影像が第8の参照領域の投影像の内側に隣接する位置に定義され、第9の参照領域は、xy平面への正射影投影像が第8の参照領域の投影像の外側に隣接する位置に定義され、
第10の参照領域は、xy平面への正射影投影像が第11の参照領域の投影像の内側に隣接する位置に定義され、第12の参照領域は、xy平面への正射影投影像が第11の参照領域の投影像の外側に隣接する位置に定義されているようにしたものである。
(1) A first aspect of the present invention is an inertial sensor that detects acceleration acting in a predetermined coordinate axis direction or an angular velocity acting around a predetermined coordinate axis in an xyz three-dimensional coordinate system.
a first plate-like bridge portion that extends in the y-axis direction with a first longitudinal axis parallel to the y-axis as a central axis and has flexibility;
A second plate-like bridge portion that is connected directly or indirectly to the first plate-like bridge portion, extends in the x-axis direction with a second longitudinal axis parallel to the x-axis as a central axis, and has flexibility; ,
A weight body connected directly or indirectly to the second plate-like bridge portion;
An apparatus housing that houses the first plate-like bridge portion, the second plate-like bridge portion, and the weight body;
A fixing portion for fixing one end of the first plate-like bridge portion to the apparatus housing;
An element group for operation disposed at a predetermined position of the first plate-shaped bridge portion and a predetermined position of the second plate-shaped bridge portion;
A detection circuit for detecting the applied acceleration or angular velocity using the operating element group;
Provided,
The fixing portion fixes the root end portion of the first plate-like bridge portion to the apparatus housing, and the tip portion of the first plate-like bridge portion is directly or indirectly on the root end portion of the second plate-like bridge portion. A weight body is directly or indirectly connected to the tip of the second plate-like bridge portion, and an L-shaped structure is formed by the first plate-like bridge portion and the second plate-like bridge portion. The body is formed,
When an external force acts on the device housing, the weight body is configured to be displaced in the device housing due to the bending of the first plate-like bridge portion and the second plate-like bridge portion,
The operating element group includes a first root end side element group disposed in the vicinity of the root end portion of the first plate-shaped bridge portion, and a first element disposed in the vicinity of the tip portion of the first plate-shaped bridge portion. The tip portion side element group, the second root end side element group disposed in the vicinity of the root end portion of the second plate-like bridge portion, and the tip end portion of the second plate-like bridge portion. A second tip side element group,
The first reference region, the second reference region, and the third reference region on the surface in the vicinity of the root end portion of the first plate-like bridge portion, on the surface in the vicinity of the tip portion of the first plate-like bridge portion, The fourth reference region, the fifth reference region, and the sixth reference region are arranged on the surface in the vicinity of the root end portion of the second plate-like bridge portion, the seventh reference region, the eighth reference region, and the ninth reference region. When the reference area is defined on the surface near the tip of the second plate-like bridge portion, the tenth reference area, the eleventh reference area, and the twelfth reference area, respectively,
The first root end side element group includes at least a first attribute element arranged in the first reference region and a third attribute element arranged in the third reference region, and the first tip portion The side element group has at least a fourth attribute element arranged in the fourth reference region and a sixth attribute element arranged in the sixth reference region,
The second root end side element group includes at least a seventh attribute element arranged in the seventh reference region and a ninth attribute element arranged in the ninth reference region, and the second tip portion The side element group has at least a tenth attribute element arranged in the tenth reference region and a twelfth attribute element arranged in the twelfth reference region,
The second reference region and the fifth reference region are respectively defined such that the orthogonal projection image onto the xy plane is located on the projection image of the first longitudinal axis, and the eighth reference region and the eleventh reference region are The reference areas are respectively defined such that the orthographic projection image on the xy plane is located on the projection image of the second longitudinal axis,
Considering the bent structure of the L-shaped structure, when defining the inside and outside of the first plate-like bridge portion and the second plate-like bridge portion,
The first reference region is defined at a position where the orthogonal projection image onto the xy plane is adjacent to the inside of the projection image of the second reference region, and the third reference region is an orthogonal projection image onto the xy plane. Defined at a position adjacent to the outside of the projected image of the second reference region,
The fourth reference area is defined at a position where the orthogonal projection image onto the xy plane is adjacent to the inside of the projection image of the fifth reference area, and the sixth reference area has an orthogonal projection image onto the xy plane. Defined at a position adjacent to the outside of the projected image of the fifth reference region,
The seventh reference region is defined at a position where the orthographic projection image onto the xy plane is adjacent to the inside of the projection image of the eighth reference region, and the ninth reference region has an orthographic projection image onto the xy plane. Defined at a position adjacent to the outside of the projected image of the eighth reference region,
The tenth reference region is defined at a position where the orthogonal projection image onto the xy plane is adjacent to the inside of the projection image of the eleventh reference region, and the twelfth reference region is an orthogonal projection image onto the xy plane. The eleventh reference area is defined at a position adjacent to the outside of the projected image.

(2) 本発明の第2の態様は、上述した第1の態様に係る慣性センサにおいて、
動作用素子群を構成する個々の素子が、各配置位置における板状橋梁部の長手方向に作用した応力を電気的に検出する検出素子によって構成されており、
検出回路が、検出素子の検出結果に基づいて、所定の座標軸方向に作用した加速度を検出するようにしたものである。
(2) According to a second aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the first aspect described above,
Each element constituting the operating element group is configured by a detection element that electrically detects the stress acting in the longitudinal direction of the plate-like bridge portion at each arrangement position,
The detection circuit detects acceleration acting in a predetermined coordinate axis direction based on the detection result of the detection element.

(3) 本発明の第3の態様は、上述した第2の態様に係る慣性センサにおいて、
動作用素子群を構成する個々の検出素子が、板状橋梁部の長手方向に沿って配置されたピエゾ抵抗素子によって構成されており、
検出回路が、ピエゾ抵抗素子を用いたブリッジ回路の出力に基づいて、所定の座標軸方向に作用した加速度を検出するようにしたものである。
(3) According to a third aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the second aspect described above,
Each detection element constituting the operating element group is constituted by a piezoresistive element arranged along the longitudinal direction of the plate-like bridge portion,
The detection circuit detects an acceleration acting in a predetermined coordinate axis direction based on an output of a bridge circuit using a piezoresistive element.

(4) 本発明の第4の態様は、上述した第3の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第1属性素子と第6属性素子とを第1の対辺とし、第3属性素子と第4属性素子とを第2の対辺とするブリッジ回路によりx軸方向に作用した加速度αxを検出し、第7属性素子と第12属性素子とを第1の対辺とし、第9属性素子と第10属性素子とを第2の対辺とするブリッジ回路によりy軸方向に作用した加速度αyを検出するようにしたものである。
(4) A fourth aspect of the present invention is the inertial sensor according to the third aspect described above,
The detection circuit uses the bridge circuit having the first attribute element and the sixth attribute element as the first opposite side, and the third attribute element and the fourth attribute element as the second opposite side, and an acceleration αx applied in the x-axis direction. Detecting acceleration αy acting in the y-axis direction by a bridge circuit having the seventh attribute element and the twelfth attribute element as the first opposite side and the ninth attribute element and the tenth attribute element as the second opposite side It is what you do.

(5) 本発明の第5の態様は、上述した第3の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第9属性素子と第12属性素子とを第1の対辺とし、第7属性素子と第10属性素子とを第2の対辺とするブリッジ回路によりx軸方向に作用した加速度αxを検出し、第1属性素子と第4属性素子とを第1の対辺とし、第3属性素子と第6属性素子とを第2の対辺とするブリッジ回路によりy軸方向に作用した加速度αyを検出するようにしたものである。
(5) A fifth aspect of the present invention is the inertial sensor according to the third aspect described above,
The detection circuit calculates an acceleration αx applied in the x-axis direction by a bridge circuit having the ninth attribute element and the twelfth attribute element as the first opposite side and the seventh attribute element and the tenth attribute element as the second opposite side. Detecting acceleration αy acting in the y-axis direction by a bridge circuit having the first attribute element and the fourth attribute element as the first opposite side and the third attribute element and the sixth attribute element as the second opposite side It is what you do.

(6) 本発明の第6の態様は、上述した第2の態様に係る慣性センサにおいて、
動作用素子群を構成する個々の検出素子が、板状橋梁部の長手方向に沿った伸縮応力に応じて正もしくは負の電荷を発生させる圧電素子によって構成されており、
検出回路が、各圧電素子の発生電荷に関する加減算を行うことにより、所定の座標軸方向に作用した加速度を検出するようにしたものである。
(6) According to a sixth aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the second aspect described above,
Each detection element constituting the operation element group is constituted by a piezoelectric element that generates a positive or negative charge according to the stretching stress along the longitudinal direction of the plate-like bridge portion,
The detection circuit detects an acceleration acting in a predetermined coordinate axis direction by performing addition / subtraction on the generated charges of each piezoelectric element.

(7) 本発明の第7の態様は、上述した第6の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第1属性素子の発生電荷と第6属性素子の発生電荷との和と、第3属性素子の発生電荷と第4属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいてx軸方向に作用した加速度αxを検出し、第7属性素子の発生電荷と第12属性素子の発生電荷との和と、第9属性素子の発生電荷と第10属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいてy軸方向に作用した加速度αyを検出するようにしたものである。
(7) A seventh aspect of the present invention is the inertial sensor according to the sixth aspect described above,
The detection circuit determines x based on the difference between the sum of the charge generated by the first attribute element and the charge generated by the sixth attribute element and the sum of the charge generated by the third attribute element and the charge generated by the fourth attribute element. The acceleration αx acting in the axial direction is detected, and the sum of the generated charge of the seventh attribute element and the generated charge of the twelfth attribute element, and the sum of the generated charge of the ninth attribute element and the generated charge of the tenth attribute element, The acceleration αy acting in the y-axis direction is detected based on the difference between.

(8) 本発明の第8の態様は、上述した第6の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第9属性素子の発生電荷と第12属性素子の発生電荷との和と、第7属性素子の発生電荷と第10属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいてx軸方向に作用した加速度αxを検出し、第1属性素子の発生電荷と第4属性素子の発生電荷との和と、第3属性素子の発生電荷と第6属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいてy軸方向に作用した加速度αyを検出するようにしたものである。
(8) An eighth aspect of the present invention is the inertial sensor according to the sixth aspect described above,
The detection circuit determines x based on the difference between the sum of the generated charge of the ninth attribute element and the generated charge of the twelfth attribute element and the sum of the generated charge of the seventh attribute element and the generated charge of the tenth attribute element. The acceleration αx acting in the axial direction is detected, the sum of the charge generated by the first attribute element and the charge generated by the fourth attribute element, and the sum of the charge generated by the third attribute element and the charge generated by the sixth attribute element The acceleration αy acting in the y-axis direction is detected based on the difference between.

(9) 本発明の第9の態様は、上述した第1の態様に係る慣性センサにおいて、
動作用素子群を構成する個々の素子が、各配置位置における板状橋梁部の長手方向に作用した応力を電気的に検出する検出素子もしくは与えられた電気信号に基づいて各配置位置における板状橋梁部に対して長手方向に応力を作用させる駆動素子によって構成されており、
検出回路が、駆動素子に交流駆動信号を与えることにより、重錘体を第1の軸方向に振動させた状態において、検出素子の検出結果に基づいて、重錘体に対して、第1の軸に直交する第2の軸方向に作用したコリオリ力を求め、当該コリオリ力に基づいて、第1の軸および第2の軸の双方に直交した第3の軸まわりに作用した角速度を検出するようにしたものである。
(9) According to a ninth aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the first aspect described above,
The individual elements constituting the operating element group are plate-like elements at each arrangement position based on a detection element that electrically detects the stress acting in the longitudinal direction of the plate-like bridge portion at each arrangement position or a given electrical signal. It is composed of a drive element that applies stress in the longitudinal direction to the bridge part,
The detection circuit gives an AC drive signal to the drive element, and in the state where the weight body is vibrated in the first axial direction, the first weight is applied to the weight body based on the detection result of the detection element. The Coriolis force acting in the second axial direction perpendicular to the axis is obtained, and the angular velocity acting around the third axis perpendicular to both the first axis and the second axis is detected based on the Coriolis force. It is what I did.

(10) 本発明の第10の態様は、上述した第9の態様に係る慣性センサにおいて、
動作用素子群を構成する個々の駆動素子が、与えられた交流駆動信号に応じて板状橋梁部に対して長手方向に沿った伸縮応力を作用させる圧電素子によって構成されており、
動作用素子群を構成する個々の検出素子が、板状橋梁部の長手方向に沿った伸縮応力に応じて正もしくは負の電荷を発生させる圧電素子によって構成されており、
検出回路が、駆動素子を構成する圧電素子に所定位相の交流駆動信号を与えることにより、重錘体を第1の軸方向に振動させ、検出素子を構成する圧電素子の発生電荷に関する加減算を行うことにより、重錘体に対して第2の軸方向に作用したコリオリ力を求めるようにしたものである。
(10) According to a tenth aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the ninth aspect described above,
Each drive element constituting the operating element group is configured by a piezoelectric element that applies a stretching stress along the longitudinal direction to the plate-like bridge portion according to a given AC drive signal,
Each detection element constituting the operation element group is constituted by a piezoelectric element that generates a positive or negative charge according to the stretching stress along the longitudinal direction of the plate-like bridge portion,
The detection circuit gives an alternating current drive signal having a predetermined phase to the piezoelectric element constituting the drive element, thereby causing the weight body to vibrate in the first axis direction, and performing addition / subtraction on the generated charge of the piezoelectric element constituting the detection element. Thus, the Coriolis force acting on the weight body in the second axial direction is obtained.

(11) 本発明の第11の態様は、上述した第10の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第1属性素子と第6属性素子とに第1の位相をもった交流駆動信号を与え、第3属性素子と第4属性素子とに第1の位相とは逆の第2の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体をx軸方向に振動させるx軸励振機能と、第7属性素子と第12属性素子とに第3の位相をもった交流駆動信号を与え、第9属性素子と第10属性素子とに第3の位相とは逆の第4の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体をy軸方向に振動させるy軸励振機能と、の少なくとも一方の励振機能を有するようにしたものである。
(11) An eleventh aspect of the present invention is the inertial sensor according to the tenth aspect described above,
The detection circuit applies an AC drive signal having a first phase to the first attribute element and the sixth attribute element, and outputs a second phase opposite to the first phase to the third attribute element and the fourth attribute element. By providing an AC drive signal having a phase, an x-axis excitation function for vibrating the weight body in the x-axis direction and an AC drive signal having a third phase in the seventh attribute element and the twelfth attribute element are provided. Y-axis excitation function for vibrating the weight body in the y-axis direction by applying an AC drive signal having a fourth phase opposite to the third phase to the ninth attribute element and the tenth attribute element And at least one of the excitation functions.

(12) 本発明の第12の態様は、上述した第10の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第9属性素子と第12属性素子とに第1の位相をもった交流駆動信号を与え、第7属性素子と第10属性素子とに第1の位相とは逆の第2の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体をx軸方向に振動させるx軸励振機能と、第1属性素子と第4属性素子とに第3の位相をもった交流駆動信号を与え、第3属性素子と第6属性素子とに第3の位相とは逆の第4の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体をy軸方向に振動させるy軸励振機能と、の少なくとも一方の励振機能を有するようにしたものである。
(12) According to a twelfth aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the tenth aspect described above,
The detection circuit applies an AC drive signal having a first phase to the ninth attribute element and the twelfth attribute element, and outputs a second phase opposite to the first phase to the seventh attribute element and the tenth attribute element. By providing an AC drive signal having a phase, an x-axis excitation function for vibrating the weight body in the x-axis direction, and an AC drive signal having a third phase in the first attribute element and the fourth attribute element are provided. Y-axis excitation function for vibrating the weight body in the y-axis direction by applying an AC drive signal having a fourth phase opposite to the third phase to the third attribute element and the sixth attribute element And at least one of the excitation functions.

(13) 本発明の第13の態様は、上述した第11または第12の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第1属性素子の発生電荷と第6属性素子の発生電荷との和と、第3属性素子の発生電荷と第4属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体に対してx軸方向に作用したコリオリ力fxを検出するx軸検出機能と、第7属性素子の発生電荷と第12属性素子の発生電荷との和と、第9属性素子の発生電荷と第10属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体に対してy軸方向に作用したコリオリ力fyを検出するy軸検出機能と、の少なくとも一方の検出機能を有するようにしたものである。
(13) A thirteenth aspect of the present invention is the inertial sensor according to the eleventh or twelfth aspect described above,
The detection circuit is based on a difference between the sum of the generated charge of the first attribute element and the generated charge of the sixth attribute element and the sum of the generated charge of the third attribute element and the generated charge of the fourth attribute element. X-axis detection function for detecting the Coriolis force fx acting on the weight body in the x-axis direction, the sum of the charge generated by the seventh attribute element and the charge generated by the twelfth attribute element, and the generation of the ninth attribute element A y-axis detection function for detecting a Coriolis force fy acting on the weight body in the y-axis direction based on the difference between the charge and the sum of the charges generated by the tenth attribute element. It is made to have.

(14) 本発明の第14の態様は、上述した第11または第12の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第9属性素子の発生電荷と第12属性素子の発生電荷との和と、第7属性素子の発生電荷と第10属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体に対してx軸方向に作用したコリオリ力fxを検出するx軸検出機能と、第1属性素子の発生電荷と第4属性素子の発生電荷との和と、第3属性素子の発生電荷と第6属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体に対してy軸方向に作用したコリオリ力fyを検出するy軸検出機能と、の少なくとも一方の検出機能を有するようにしたものである。
(14) According to a fourteenth aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the eleventh or twelfth aspect described above,
Based on the difference between the sum of the generated charge of the ninth attribute element and the generated charge of the twelfth attribute element and the sum of the generated charge of the seventh attribute element and the generated charge of the tenth attribute element, X-axis detection function for detecting the Coriolis force fx acting on the weight body in the x-axis direction, the sum of the charge generated by the first attribute element and the charge generated by the fourth attribute element, and the generation of the third attribute element A y-axis detection function for detecting a Coriolis force fy acting on the weight body in the y-axis direction based on the difference between the charge and the sum of the charges generated by the sixth attribute element. It is made to have.

(15) 本発明の第15の態様は、上述した第1の態様に係る慣性センサにおいて、
第1の根端部側素子群が、第2の参照領域に配置された第2属性素子を更に有し、第1の先端部側素子群が、第5の参照領域に配置された第5属性素子を更に有し、第2の根端部側素子群が、第8の参照領域に配置された第8属性素子を更に有し、第2の先端部側素子群が、第11の参照領域に配置された第11属性素子を更に有するようにしたものである。
(15) According to a fifteenth aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the first aspect described above,
The first root end side element group further includes a second attribute element arranged in the second reference region, and the first tip end side element group is arranged in the fifth reference region. The device further includes an attribute element, the second root end side element group further includes an eighth attribute element disposed in the eighth reference region, and the second tip end side element group is the eleventh reference. It further has an eleventh attribute element arranged in the region.

(16) 本発明の第16の態様は、上述した第15の態様に係る慣性センサにおいて、
動作用素子群を構成する個々の素子が、各配置位置における板状橋梁部の長手方向に作用した応力を電気的に検出する検出素子によって構成されており、
検出回路が、検出素子の検出結果に基づいて、所定の座標軸方向に作用した加速度を検出するようにしたものである。
(16) According to a sixteenth aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the fifteenth aspect described above,
Each element constituting the operating element group is configured by a detection element that electrically detects the stress acting in the longitudinal direction of the plate-like bridge portion at each arrangement position,
The detection circuit detects acceleration acting in a predetermined coordinate axis direction based on the detection result of the detection element.

(17) 本発明の第17の態様は、上述した第16の態様に係る慣性センサにおいて、
動作用素子群を構成する個々の検出素子が、板状橋梁部の長手方向に沿って配置されたピエゾ抵抗素子によって構成されており、
検出回路が、ピエゾ抵抗素子を用いたブリッジ回路の出力に基づいて、所定の座標軸方向に作用した加速度を検出するようにしたものである。
(17) According to a seventeenth aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the sixteenth aspect described above,
Each detection element constituting the operating element group is constituted by a piezoresistive element arranged along the longitudinal direction of the plate-like bridge portion,
The detection circuit detects an acceleration acting in a predetermined coordinate axis direction based on an output of a bridge circuit using a piezoresistive element.

(18) 本発明の第18の態様は、上述した第17の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第1属性素子と第6属性素子とを第1の対辺とし、第3属性素子と第4属性素子とを第2の対辺とするブリッジ回路によりx軸方向に作用した加速度αxを検出し、第7属性素子と第12属性素子とを第1の対辺とし、第9属性素子と第10属性素子とを第2の対辺とするブリッジ回路によりy軸方向に作用した加速度αyを検出し、第5属性素子と第11属性素子とを第1の対辺とし、第2属性素子と第8属性素子とを第2の対辺とするブリッジ回路によりz軸方向に作用した加速度αzを検出するようにしたものである。
(18) According to an eighteenth aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the seventeenth aspect described above,
The detection circuit uses the bridge circuit having the first attribute element and the sixth attribute element as the first opposite side, and the third attribute element and the fourth attribute element as the second opposite side, and an acceleration αx applied in the x-axis direction. Detecting acceleration αy acting in the y-axis direction by a bridge circuit having the seventh attribute element and the twelfth attribute element as the first opposite side and the ninth attribute element and the tenth attribute element as the second opposite side Then, the acceleration αz acting in the z-axis direction is detected by a bridge circuit in which the fifth attribute element and the eleventh attribute element are the first opposite sides and the second attribute element and the eighth attribute element are the second opposite sides. It is what I did.

(19) 本発明の第19の態様は、上述した第17の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第9属性素子と第12属性素子とを第1の対辺とし、第7属性素子と第10属性素子とを第2の対辺とするブリッジ回路によりx軸方向に作用した加速度αxを検出し、第1属性素子と第4属性素子とを第1の対辺とし、第3属性素子と第6属性素子とを第2の対辺とするブリッジ回路によりy軸方向に作用した加速度αyを検出し、第4属性素子,第5属性素子,第6属性素子を直列接続してなる一辺と第10属性素子,第11属性素子,第12属性素子を直列接続してなる一辺とを第1の対辺とし、第1属性素子,第2属性素子,第3属性素子を直列接続してなる一辺と第7属性素子,第8属性素子,第9属性素子を直列接続してなる一辺とを第2の対辺とするブリッジ回路によりz軸方向に作用した加速度αzを検出するようにしたものである。
(19) According to a nineteenth aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the seventeenth aspect described above,
The detection circuit calculates an acceleration αx applied in the x-axis direction by a bridge circuit having the ninth attribute element and the twelfth attribute element as the first opposite side and the seventh attribute element and the tenth attribute element as the second opposite side. Detecting acceleration αy acting in the y-axis direction by a bridge circuit having the first attribute element and the fourth attribute element as the first opposite side and the third attribute element and the sixth attribute element as the second opposite side In addition, one side formed by connecting the fourth attribute element, the fifth attribute element, and the sixth attribute element in series with one side formed by connecting the tenth attribute element, the eleventh attribute element, and the twelfth attribute element in series. The second side is one side formed by connecting the first attribute element, the second attribute element, and the third attribute element in series and the one side formed by connecting the seventh attribute element, the eighth attribute element, and the ninth attribute element in series. The acceleration αz acting in the z-axis direction is detected by a bridge circuit opposite to It is obtained by the.

(20) 本発明の第20の態様は、上述した第16の態様に係る慣性センサにおいて、
動作用素子群を構成する個々の検出素子が、板状橋梁部の長手方向に沿った伸縮応力に応じて正もしくは負の電荷を発生させる圧電素子によって構成されており、
検出回路が、各圧電素子の発生電荷に関する加減算を行うことにより、所定の座標軸方向に作用した加速度を検出するようにしたものである。
(20) According to a twentieth aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the sixteenth aspect described above,
Each detection element constituting the operation element group is constituted by a piezoelectric element that generates a positive or negative charge according to the stretching stress along the longitudinal direction of the plate-like bridge portion,
The detection circuit detects an acceleration acting in a predetermined coordinate axis direction by performing addition / subtraction on the generated charges of each piezoelectric element.

(21) 本発明の第21の態様は、上述した第20の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第1属性素子の発生電荷と第6属性素子の発生電荷との和と、第3属性素子の発生電荷と第4属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいてx軸方向に作用した加速度αxを検出し、第7属性素子の発生電荷と第12属性素子の発生電荷との和と、第9属性素子の発生電荷と第10属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいてy軸方向に作用した加速度αyを検出し、第5属性素子の発生電荷と第11属性素子の発生電荷との和と、第2属性素子の発生電荷と第8属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいてz軸方向に作用した加速度αzを検出するようにしたものである。
(21) According to a twenty-first aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the twentieth aspect described above,
The detection circuit determines x based on the difference between the sum of the charge generated by the first attribute element and the charge generated by the sixth attribute element and the sum of the charge generated by the third attribute element and the charge generated by the fourth attribute element. The acceleration αx acting in the axial direction is detected, and the sum of the generated charge of the seventh attribute element and the generated charge of the twelfth attribute element, and the sum of the generated charge of the ninth attribute element and the generated charge of the tenth attribute element, , The acceleration αy acting in the y-axis direction is detected based on the difference between and the sum of the charge generated by the fifth attribute element and the charge generated by the eleventh attribute element, the charge generated by the second attribute element, and the eighth attribute element. The acceleration αz acting in the z-axis direction is detected based on the difference between the sum and the generated charge.

(22) 本発明の第22の態様は、上述した第20の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第9属性素子の発生電荷と第12属性素子の発生電荷との和と、第7属性素子の発生電荷と第10属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいてx軸方向に作用した加速度αxを検出し、第1属性素子の発生電荷と第4属性素子の発生電荷との和と、第3属性素子の発生電荷と第6属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいてy軸方向に作用した加速度αyを検出し、第4属性素子、第5属性素子、第6属性素子、第10属性素子、第11属性素子、第12属性素子の各発生電荷の総和と、第1属性素子、第2属性素子、第3属性素子、第7属性素子、第8属性素子、第9属性素子の各発生電荷の総和と、の差に基づいてz軸方向に作用した加速度αzを検出するようにしたものである。
(22) According to a twenty-second aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the twentieth aspect described above,
The detection circuit determines x based on the difference between the sum of the generated charge of the ninth attribute element and the generated charge of the twelfth attribute element and the sum of the generated charge of the seventh attribute element and the generated charge of the tenth attribute element. The acceleration αx acting in the axial direction is detected, the sum of the charge generated by the first attribute element and the charge generated by the fourth attribute element, and the sum of the charge generated by the third attribute element and the charge generated by the sixth attribute element , The acceleration αy acting in the y-axis direction is detected based on the difference between and the fourth attribute element, the fifth attribute element, the sixth attribute element, the tenth attribute element, the eleventh attribute element, and the twelfth attribute element. Based on the difference between the sum of charges and the sum of generated charges of the first attribute element, the second attribute element, the third attribute element, the seventh attribute element, the eighth attribute element, and the ninth attribute element, in the z-axis direction The acceleration .alpha.z acting on is detected.

(23) 本発明の第23の態様は、上述した第15の態様に係る慣性センサにおいて、
動作用素子群を構成する個々の素子が、各配置位置における板状橋梁部の長手方向に作用した応力を電気的に検出する検出素子もしくは与えられた電気信号に基づいて各配置位置における板状橋梁部に対して長手方向に応力を作用させる駆動素子によって構成されており、
検出回路が、駆動素子に交流駆動信号を与えることにより、重錘体を第1の軸方向に振動させた状態において、検出素子の検出結果に基づいて、重錘体に対して、第1の軸に直交する第2の軸方向に作用したコリオリ力を求め、当該コリオリ力に基づいて、第1の軸および第2の軸の双方に直交した第3の軸まわりに作用した角速度を検出するようにしたものである。
(23) According to a twenty-third aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the fifteenth aspect described above,
The individual elements constituting the operating element group are plate-like elements at each arrangement position based on a detection element that electrically detects the stress acting in the longitudinal direction of the plate-like bridge portion at each arrangement position or a given electrical signal. It is composed of a drive element that applies stress in the longitudinal direction to the bridge part,
The detection circuit gives an AC drive signal to the drive element, and in the state where the weight body is vibrated in the first axial direction, the first weight is applied to the weight body based on the detection result of the detection element. The Coriolis force acting in the second axial direction perpendicular to the axis is obtained, and the angular velocity acting around the third axis perpendicular to both the first axis and the second axis is detected based on the Coriolis force. It is what I did.

(24) 本発明の第24の態様は、上述した第23の態様に係る慣性センサにおいて、
動作用素子群を構成する個々の駆動素子が、与えられた交流駆動信号に応じて板状橋梁部に対して長手方向に沿った伸縮応力を作用させる圧電素子によって構成されており、
動作用素子群を構成する個々の検出素子が、板状橋梁部の長手方向に沿った伸縮応力に応じて正もしくは負の電荷を発生させる圧電素子によって構成されており、
検出回路が、駆動素子を構成する圧電素子に所定位相の交流駆動信号を与えることにより、重錘体を第1の軸方向に振動させ、検出素子を構成する圧電素子の発生電荷に関する加減算を行うことにより、重錘体に対して第2の軸方向に作用したコリオリ力を求めるようにしたものである。
(24) According to a twenty-fourth aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the twenty-third aspect described above,
Each drive element constituting the operating element group is configured by a piezoelectric element that applies a stretching stress along the longitudinal direction to the plate-like bridge portion according to a given AC drive signal,
Each detection element constituting the operation element group is constituted by a piezoelectric element that generates a positive or negative charge according to the stretching stress along the longitudinal direction of the plate-like bridge portion,
The detection circuit gives an alternating current drive signal having a predetermined phase to the piezoelectric element constituting the drive element, thereby causing the weight body to vibrate in the first axis direction, and performing addition / subtraction on the generated charge of the piezoelectric element constituting the detection element. Thus, the Coriolis force acting on the weight body in the second axial direction is obtained.

(25) 本発明の第25の態様は、上述した第24の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第1属性素子と第6属性素子とに第1の位相をもった交流駆動信号を与え、第3属性素子と第4属性素子とに第1の位相とは逆の第2の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体をx軸方向に振動させるx軸励振機能と、第7属性素子と第12属性素子とに第3の位相をもった交流駆動信号を与え、第9属性素子と第10属性素子とに第3の位相とは逆の第4の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体をy軸方向に振動させるy軸励振機能と、第5属性素子と第11属性素子とに第5の位相をもった交流駆動信号を与え、第2属性素子と第8属性素子とに第5の位相とは逆の第6の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体をz軸方向に振動させるz軸励振機能と、のうちの少なくとも1つの励振機能を有するようにしたものである。
(25) According to a twenty-fifth aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the twenty-fourth aspect described above,
The detection circuit applies an AC drive signal having a first phase to the first attribute element and the sixth attribute element, and outputs a second phase opposite to the first phase to the third attribute element and the fourth attribute element. By providing an AC drive signal having a phase, an x-axis excitation function for vibrating the weight body in the x-axis direction and an AC drive signal having a third phase in the seventh attribute element and the twelfth attribute element are provided. Y-axis excitation function for vibrating the weight body in the y-axis direction by applying an AC drive signal having a fourth phase opposite to the third phase to the ninth attribute element and the tenth attribute element And an AC drive signal having a fifth phase is applied to the fifth attribute element and the eleventh attribute element, and a sixth phase opposite to the fifth phase is applied to the second attribute element and the eighth attribute element. A z-axis excitation function that vibrates the weight body in the z-axis direction by applying an alternating drive signal having at least One of those was to have the excitation function.

(26) 本発明の第26の態様は、上述した第24の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第9属性素子と第12属性素子とに第1の位相をもった交流駆動信号を与え、第7属性素子と第10属性素子とに第1の位相とは逆の第2の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体をx軸方向に振動させるx軸励振機能と、第1属性素子と第4属性素子とに第3の位相をもった交流駆動信号を与え、第3属性素子と第6属性素子とに第3の位相とは逆の第4の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体をy軸方向に振動させるy軸励振機能と、第4属性素子、第5属性素子、第6属性素子、第10属性素子、第11属性素子、第12属性素子のそれぞれに第5の位相をもった交流駆動信号を与え、第1属性素子、第2属性素子、第3属性素子、第7属性素子、第8属性素子、第9属性素子のそれぞれに第5の位相とは逆の第6の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体をz軸方向に振動させるz軸励振機能と、のうちの少なくとも1つの励振機能を有するようにしたものである。
(26) According to a twenty-sixth aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the twenty-fourth aspect described above,
The detection circuit applies an AC drive signal having a first phase to the ninth attribute element and the twelfth attribute element, and outputs a second phase opposite to the first phase to the seventh attribute element and the tenth attribute element. By providing an AC drive signal having a phase, an x-axis excitation function for vibrating the weight body in the x-axis direction, and an AC drive signal having a third phase in the first attribute element and the fourth attribute element are provided. Y-axis excitation function for vibrating the weight body in the y-axis direction by applying an AC drive signal having a fourth phase opposite to the third phase to the third attribute element and the sixth attribute element And an AC drive signal having a fifth phase is applied to each of the fourth attribute element, the fifth attribute element, the sixth attribute element, the tenth attribute element, the eleventh attribute element, and the twelfth attribute element, and the first attribute Each of the element, the second attribute element, the third attribute element, the seventh attribute element, the eighth attribute element, and the ninth attribute element By providing an AC drive signal having a sixth phase opposite to the fifth phase, the z-axis excitation function for vibrating the weight body in the z-axis direction and at least one excitation function are provided. It is a thing.

(27) 本発明の第27の態様は、上述した第25または第26の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第1属性素子の発生電荷と第6属性素子の発生電荷との和と、第3属性素子の発生電荷と第4属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体に対してx軸方向に作用したコリオリ力fxを検出するx軸検出機能と、第7属性素子の発生電荷と第12属性素子の発生電荷との和と、第9属性素子の発生電荷と第10属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体に対してy軸方向に作用したコリオリ力fyを検出するy軸検出機能と、第5属性素子の発生電荷と第11属性素子の発生電荷との和と、第2属性素子の発生電荷と第8属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体に対してz軸方向に作用したコリオリ力fzを検出するz軸検出機能と、のうちの少なくとも1つの検出機能を有するようにしたものである。
(27) According to a twenty-seventh aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the twenty-fifth or twenty-sixth aspect described above,
The detection circuit is based on a difference between the sum of the generated charge of the first attribute element and the generated charge of the sixth attribute element and the sum of the generated charge of the third attribute element and the generated charge of the fourth attribute element. X-axis detection function for detecting the Coriolis force fx acting on the weight body in the x-axis direction, the sum of the charge generated by the seventh attribute element and the charge generated by the twelfth attribute element, and the generation of the ninth attribute element A y-axis detection function for detecting a Coriolis force fy acting on the weight body in the y-axis direction based on a difference between a charge and a sum of charges generated by the tenth attribute element, and generation of a fifth attribute element Based on the difference between the sum of the charge and the generated charge of the eleventh attribute element, and the sum of the generated charge of the second attribute element and the generated charge of the eighth attribute element, in the z-axis direction with respect to the weight body A z-axis detection function for detecting the applied Coriolis force fz, and at least one of the detection functions. It is intended.

(28) 本発明の第28の態様は、上述した第25または第26の態様に係る慣性センサにおいて、
検出回路が、第9属性素子の発生電荷と第12属性素子の発生電荷との和と、第7属性素子の発生電荷と第10属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体に対してx軸方向に作用したコリオリ力fxを検出するx軸検出機能と、第1属性素子の発生電荷と第4属性素子の発生電荷との和と、第3属性素子の発生電荷と第6属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体に対してy軸方向に作用したコリオリ力fyを検出するy軸検出機能と、第4属性素子、第5属性素子、第6属性素子、第10属性素子、第11属性素子、第12属性素子の各発生電荷の総和と、第1属性素子、第2属性素子、第3属性素子、第7属性素子、第8属性素子、第9属性素子の各発生電荷の総和と、の差に基づいて、重錘体に対してz軸方向に作用したコリオリ力fzを検出するz軸検出機能と、のうちの少なくとも1つの検出機能を有するようにしたものである。
(28) According to a twenty-eighth aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the twenty-fifth or twenty-sixth aspect described above,
Based on the difference between the sum of the generated charge of the ninth attribute element and the generated charge of the twelfth attribute element and the sum of the generated charge of the seventh attribute element and the generated charge of the tenth attribute element, X-axis detection function for detecting the Coriolis force fx acting on the weight body in the x-axis direction, the sum of the charge generated by the first attribute element and the charge generated by the fourth attribute element, and the generation of the third attribute element A y-axis detection function for detecting the Coriolis force fy acting on the weight body in the y-axis direction based on the difference between the charge and the sum of the charges generated by the sixth attribute element; the fourth attribute element; Total sum of generated charges of 5 attribute element, 6th attribute element, 10th attribute element, 11th attribute element, 12th attribute element, 1st attribute element, 2nd attribute element, 3rd attribute element, 7th attribute element , The eighth attribute element, and the ninth attribute element based on the difference between the total generated charges and the z axis direction relative to the weight body It is obtained so as to have a z-axis detecting function for detecting a Coriolis force fz exerted, at least one detection of the.

(29) 本発明の第29の態様は、上述した第1〜第28の態様に係る慣性センサにおいて、
第1の板状橋梁部に配置された動作用素子群のxy平面への正射影投影像が第1の長手方向軸の投影像に関して線対称となるパターンを有し、第2の板状橋梁部に配置された動作用素子群のxy平面への正射影投影像が第2の長手方向軸の投影像に関して線対称となるパターンを有するようにしたものである。
(29) According to a twenty-ninth aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the first to twenty-eighth aspects described above,
The orthographic projection image on the xy plane of the operating element group arranged in the first plate-like bridge portion has a pattern that is line symmetric with respect to the projection image of the first longitudinal axis, and the second plate-like bridge The orthographic projection image on the xy plane of the operation element group arranged in the unit has a pattern that is line symmetric with respect to the projection image of the second longitudinal axis.

(30) 本発明の第30の態様は、上述した第1〜第29の態様に係る慣性センサにおいて、
第1の板状橋梁部と第2の板状橋梁部とがL字状に配置されるように、第1の板状橋梁部の先端部と第2の板状橋梁部の根端部とが中間接続部を介して接続されており、
第2の板状橋梁部の脇に重錘体が配置されるように、第2の板状橋梁部の先端部と重錘体の隅部とが重錘接続部を介して接続されており、
固定部の下面は装置筐体の底板の上面に固定されており、第1の板状橋梁部、第2の板状橋梁部および重錘体は、外力が作用しない状態において、装置筐体の底板の上方に浮いた宙吊り状態になっているようにしたものである。
(30) In a 30th aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the first to 29th aspects described above,
The tip of the first plate bridge and the root end of the second plate bridge so that the first plate bridge and the second plate bridge are arranged in an L shape. Are connected via an intermediate connection,
The tip of the second plate-shaped bridge portion and the corner of the weight body are connected via the weight connection portion so that the weight body is arranged beside the second plate-shaped bridge portion. ,
The lower surface of the fixed portion is fixed to the upper surface of the bottom plate of the apparatus housing, and the first plate-shaped bridge portion, the second plate-shaped bridge portion, and the weight body of the device housing are in a state where no external force acts. It is designed to be suspended in the air above the bottom plate.

(31) 本発明の第31の態様は、上述した第30の態様に係る慣性センサにおいて、
中間接続部が、第1の板状橋梁部の先端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部と第2の板状橋梁部の根端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部とを有し、
重錘接続部が、第2の板状橋梁部の先端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部を有するようにしたものである。
(31) According to a thirty-first aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the thirtieth aspect described above,
An intermediate connecting portion projecting outward from the side surface of the tip portion of the first plate-like bridge portion and an eaves structure portion projecting outward from the side surface of the root end portion of the second plate-like bridge portion; Have
The weight connection part has a ridge structure part protruding outward from the side surface of the tip part of the second plate-like bridge part.

(32) 本発明の第32の態様は、上述した第30または第31の態様に係る慣性センサにおいて、
固定部が、x軸に平行な固定部用長手方向軸に沿って伸びる固定部用板状部材によって構成され、この固定部用板状部材の一端に第1の板状橋梁部の根端部が固定されており、
固定部用板状部材、第1の板状橋梁部および第2の板状橋梁部によって構成される構造体が、xy平面上への投影像が「コ」の字状になるようなコの字状構造体をなし、このコの字状構造体によって囲まれた内部領域に板状の重錘体が配置されているようにしたものである。
(32) According to a thirty-second aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the thirtieth or thirty-first aspect described above,
The fixing portion is constituted by a fixing portion plate member extending along a fixing portion longitudinal axis parallel to the x-axis, and a root end portion of the first plate-like bridge portion is provided at one end of the fixing portion plate member. Is fixed,
The structure constituted by the plate member for the fixing portion, the first plate-like bridge portion, and the second plate-like bridge portion is such that the projected image on the xy plane has a “U” shape. A character-like structure is formed, and a plate-like weight is arranged in an inner region surrounded by the U-shaped structure.

(33) 本発明の第33の態様は、上述した第30または第31の態様に係る慣性センサにおいて、
固定部が、環状構造体によって構成されており、この環状構造体によって囲まれた内部領域に第1の板状橋梁部、第2の板状橋梁部および重錘体が配置されており、装置筐体に所定の大きさ以上の外力が作用したときに、内部領域に配置された部材が環状構造体の内面に接触することにより、当該部材の変位が所定範囲内に制御されるように構成されているようにしたものである。
(33) According to a thirty-third aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the thirtieth or thirty-first aspect described above,
The fixing portion is constituted by an annular structure, and the first plate-like bridge portion, the second plate-like bridge portion and the weight body are arranged in an inner region surrounded by the annular structure, and the device When an external force of a predetermined magnitude or more is applied to the housing, the member arranged in the inner region comes into contact with the inner surface of the annular structure so that the displacement of the member is controlled within a predetermined range. It is what has been done.

(34) 本発明の第34の態様は、上述した第33の態様に係る慣性センサにおいて、
固定部と重錘体との役割を逆転させ、上記慣性センサにおいて固定部として機能していた環状構造体を重錘体として機能させ、上記慣性センサにおいて重錘体として機能していた板状体を固定部として機能させるために、板状体の下面を装置筐体の底板の上面に固定し、環状構造体が、外力が作用しない状態において、装置筐体の底板の上方に浮いた宙吊り状態になるようにしたものである。
(34) According to a thirty-fourth aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the thirty-third aspect described above,
The role of the fixed part and the weight body is reversed, the annular structure functioning as the fixed part in the inertial sensor is functioned as the weight body, and the plate-shaped body functioning as the weight body in the inertial sensor The lower surface of the plate-like body is fixed to the upper surface of the bottom plate of the device housing, and the annular structure is suspended above the bottom plate of the device housing in a state where no external force is applied. It is intended to become.

(35) 本発明の第35の態様は、上述した第20〜第22または第24〜第28の態様に係る慣性センサにおいて、
第1の板状橋梁部および第2の板状橋梁部の表面に層状に形成された下層電極と、下層電極の表面に層状に形成され、層方向の伸縮に基づいて上下方向に分極を生じる圧電体と、圧電体の表面に局在的に形成された複数の上層電極からなる上層電極群と、によって、個々の検出素子もしくは駆動素子として機能する圧電素子群が構成されているようにしたものである。
(35) According to a thirty-fifth aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the twentieth to twenty-second or twenty-fourth to twenty-eighth aspects described above,
A lower layer electrode formed in layers on the surfaces of the first plate-shaped bridge portion and the second plate-shaped bridge portion, and a layer formed on the surface of the lower layer electrode, and generates polarization in the vertical direction based on expansion and contraction in the layer direction A piezoelectric element group functioning as an individual detection element or drive element is configured by a piezoelectric body and an upper electrode group composed of a plurality of upper layer electrodes locally formed on the surface of the piezoelectric body. Is.

(36) 本発明の第36の態様は、上述した第35の態様に係る慣性センサにおいて、
下層電極が第1の板状橋梁部および第2の板状橋梁部の上面に形成され、圧電体がこの下層電極の上面に形成され、
第1属性素子〜第12属性素子を構成する上層電極が、すべて各板状橋梁部の上面に、下層電極および圧電体を介して形成されているようにしたものである。
(36) The thirty-sixth aspect of the present invention is the inertial sensor according to the thirty-fifth aspect described above,
A lower layer electrode is formed on the upper surface of the first plate-like bridge portion and the second plate-like bridge portion, and a piezoelectric body is formed on the upper surface of the lower layer electrode,
The upper layer electrodes constituting the first attribute element to the twelfth attribute element are all formed on the upper surface of each plate-like bridge portion via the lower layer electrode and the piezoelectric body.

(37) 本発明の第37の態様は、上述した第35の態様に係る慣性センサにおいて、
下層電極が第1の板状橋梁部および第2の板状橋梁部の上面とともに側面にも形成され、圧電体がこの下層電極の表面に形成され、
第2属性素子、第5属性素子、第8属性素子、第11属性素子を構成する上層電極が、各板状橋梁部の上面に、下層電極および圧電体を介して形成されており、
第1属性素子、第3属性素子、第4属性素子、第6属性素子、第7属性素子、第9属性素子、第10属性素子、第12属性素子を構成する上層電極が、各板状橋梁部の側面に、下層電極および圧電体を介して形成されているようにしたものである。
(37) According to a thirty-seventh aspect of the present invention, in the inertial sensor according to the thirty-fifth aspect described above,
The lower layer electrode is formed on the side surface as well as the upper surface of the first plate-like bridge portion and the second plate-like bridge portion, and the piezoelectric body is formed on the surface of the lower layer electrode,
Upper layer electrodes constituting the second attribute element, the fifth attribute element, the eighth attribute element, and the eleventh attribute element are formed on the upper surface of each plate-like bridge portion via the lower layer electrode and the piezoelectric body,
The upper layer electrodes constituting the first attribute element, the third attribute element, the fourth attribute element, the sixth attribute element, the seventh attribute element, the ninth attribute element, the tenth attribute element, and the twelfth attribute element are each a plate-like bridge. It is formed on the side surface of the part via a lower layer electrode and a piezoelectric body.

(38) 本発明の第38の態様は、上述した第35の態様に係る慣性センサにおいて、
下層電極が第1の板状橋梁部および第2の板状橋梁部の上面とともに側面にも形成され、圧電体がこの下層電極の表面に形成され、
第2属性素子、第5属性素子、第8属性素子、第11属性素子を構成する上層電極が、各板状橋梁部の上面に、下層電極および圧電体を介して形成されており、
第1属性素子、第3属性素子、第4属性素子、第6属性素子、第7属性素子、第9属性素子、第10属性素子、第12属性素子を構成する上層電極が、各板状橋梁部の上面から側面にかけて、下層電極および圧電体を介して形成されているようにしたものである。
(38) The thirty-eighth aspect of the present invention is the inertial sensor according to the thirty-fifth aspect described above,
The lower layer electrode is formed on the side surface as well as the upper surface of the first plate-like bridge portion and the second plate-like bridge portion, and the piezoelectric body is formed on the surface of the lower layer electrode,
Upper layer electrodes constituting the second attribute element, the fifth attribute element, the eighth attribute element, and the eleventh attribute element are formed on the upper surface of each plate-like bridge portion via the lower layer electrode and the piezoelectric body,
The upper layer electrodes constituting the first attribute element, the third attribute element, the fourth attribute element, the sixth attribute element, the seventh attribute element, the ninth attribute element, the tenth attribute element, and the twelfth attribute element are each a plate-like bridge. It is formed from the upper surface to the side surface of the portion via the lower layer electrode and the piezoelectric body.

(39) 本発明の第39の態様は、上述した第9〜第14または第23〜第28の態様に係る慣性センサを複数n組用いて、XYZ三次元座標系における所定の座標軸まわりもしくは当該座標軸を原点を中心に所定角度だけ回転させた軸まわりに作用した角速度を検出する角速度検出装置を構成し、
n組の各慣性センサは、そのx軸,y軸,z軸が、角速度検出装置について定義されたXYZ三次元座標系におけるX軸,Y軸,Z軸に対してそれぞれ平行となるように配置し、
n組の各慣性センサの検出回路がそれぞれ検出した所定軸まわりの角速度に基づいて、XYZ三次元座標系における所定の座標軸まわりもしくは当該座標軸を原点を中心に所定角度だけ回転させた軸まわりに作用した角速度の検出値を出力する角速度出力部を更に設けるようにしたものである。
(39) A thirty-ninth aspect of the present invention provides a plurality of n sets of inertial sensors according to the ninth to fourteenth or twenty-third to twenty-eighth aspects described above, around a predetermined coordinate axis in the XYZ three-dimensional coordinate system or An angular velocity detection device that detects an angular velocity acting around an axis obtained by rotating the coordinate axis by a predetermined angle around the origin,
The n sets of inertial sensors are arranged so that their x-axis, y-axis, and z-axis are parallel to the X-axis, Y-axis, and Z-axis in the XYZ three-dimensional coordinate system defined for the angular velocity detection device. And
Based on the angular velocity around the predetermined axis detected by the detection circuit of each of the n sets of inertial sensors, it acts around a predetermined coordinate axis in the XYZ three-dimensional coordinate system or around an axis obtained by rotating the coordinate axis by a predetermined angle around the origin. Further, an angular velocity output unit for outputting the detected value of the angular velocity is provided.

(40) 本発明の第40の態様は、上述した第39の態様に係る角速度検出装置において、
XYZ三次元座標系における第1の座標軸を共通の振動軸に定め、第2の座標軸を共通のコリオリ力検出軸に定め、第3の座標軸を共通の角速度検出軸に定め、
n組の各慣性センサが、それぞれの重錘体を共通の振動軸方向に振動させた状態において、共通のコリオリ力検出軸方向に作用したコリオリ力をそれぞれ求め、共通の角速度検出軸に平行な軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出し、
角速度出力部が、n組の各慣性センサが検出した角速度のいずれか1つもしくはいくつかについての平均値を、共通の角速度検出軸まわりに作用した角速度の検出値として出力するようにしたものである。
(40) According to a 40th aspect of the present invention, in the angular velocity detection device according to the 39th aspect described above,
The first coordinate axis in the XYZ three-dimensional coordinate system is set as a common vibration axis, the second coordinate axis is set as a common Coriolis force detection axis, the third coordinate axis is set as a common angular velocity detection axis,
Each of the n sets of inertial sensors obtains the Coriolis force acting in the common Coriolis force detection axis direction in a state where the respective weight bodies vibrate in the common vibration axis direction, and is parallel to the common angular velocity detection axis. Detect the angular velocity acting around the axis,
The angular velocity output unit outputs an average value for any one or several of the angular velocities detected by each of the n sets of inertial sensors as a detected value of the angular velocity acting around the common angular velocity detection axis. is there.

(41) 本発明の第41の態様は、上述した第39の態様に係る角速度検出装置において、
XYZ三次元座標系における第1の座標軸を共通の振動軸に定め、
n組の各慣性センサが、それぞれの重錘体を共通の振動軸方向に振動させた状態において、第2の座標軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより第3の座標軸に平行な軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出するとともに、第3の座標軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより第2の座標軸に平行な軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出し、
角速度出力部が、n組の各慣性センサが検出した角速度のうち、第3の座標軸に平行な軸まわりに作用した角速度のいずれか1つもしくはいくつかについての平均値を当該第3の座標軸まわりに作用した角速度の検出値として出力するとともに、第2の座標軸に平行な軸まわりに作用した角速度のいずれか1つもしくはいくつかについての平均値を当該第2の座標軸まわりに作用した角速度の検出値として出力するようにしたものである。
(41) According to a 41st aspect of the present invention, in the angular velocity detection device according to the 39th aspect described above,
The first coordinate axis in the XYZ three-dimensional coordinate system is set as a common vibration axis,
Each of the n sets of inertial sensors oscillates the respective weight bodies in the common vibration axis direction, and obtains the Coriolis force acting in the second coordinate axis direction, thereby obtaining an axis parallel to the third coordinate axis. Detecting each acting angular velocity, and detecting each acting angular velocity around an axis parallel to the second coordinate axis by obtaining a Coriolis force acting in the third coordinate axis direction,
The angular velocity output unit calculates an average value of one or several angular velocities acting around an axis parallel to the third coordinate axis among the angular velocities detected by each of the n sets of inertial sensors around the third coordinate axis. Is detected as the detected value of the angular velocity acting on the axis, and the average value of any one or some of the angular velocities acting around the axis parallel to the second coordinate axis is detected as the angular velocity acting around the second coordinate axis. It is output as a value.

(42) 本発明の第42の態様は、上述した第39の態様に係る角速度検出装置において、
n組の各慣性センサのうちの第1グループに所属する慣性センサについては、XYZ三次元座標系における第1の座標軸を振動軸、第2の座標軸および第3の座標軸の双方をコリオリ力検出軸にそれぞれ定め、第2グループに所属する慣性センサについては、XYZ三次元座標系における第2の座標軸を振動軸、第3の座標軸をコリオリ力検出軸にそれぞれ定め、
n組の各慣性センサが、それぞれの重錘体を各振動軸方向に振動させた状態において、各コリオリ力検出軸方向に作用したコリオリ力をそれぞれ求め、各角速度検出軸に平行な軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出し、
角速度出力部が、第1グループに所属する慣性センサが検出した角速度に基づいて第2の座標軸まわりに作用した角速度および第3の座標軸まわりに作用した角速度の検出値を出力し、第2グループに所属する慣性センサが検出した角速度に基づいて第1の座標軸まわりに作用した角速度の検出値を出力するようにしたものである。
(42) According to a forty-second aspect of the present invention, in the angular velocity detection device according to the thirty-ninth aspect described above,
For the inertial sensors belonging to the first group among the n groups of inertial sensors, the first coordinate axis in the XYZ three-dimensional coordinate system is the vibration axis, and both the second and third coordinate axes are the Coriolis force detection axes. For the inertial sensors belonging to the second group, the second coordinate axis in the XYZ three-dimensional coordinate system is defined as the vibration axis, and the third coordinate axis is defined as the Coriolis force detection axis.
Each of the n sets of inertial sensors obtains the Coriolis force acting in the direction of each Coriolis force detection axis in the state where each weight body vibrates in each vibration axis direction, and around each axis parallel to each angular velocity detection axis. Detecting each acting angular velocity,
The angular velocity output unit outputs a detected value of the angular velocity acting around the second coordinate axis and the angular velocity acting around the third coordinate axis based on the angular velocity detected by the inertial sensor belonging to the first group, and outputs to the second group Based on the angular velocity detected by the associated inertial sensor, a detected value of the angular velocity acting around the first coordinate axis is output.

(43) 本発明の第43の態様は、上述した第39の態様に係る角速度検出装置において、
XY平面上で原点を中心としてX軸を反時計まわりに45°回転させることにより得られるX′軸と、XY平面上で原点を中心としてY軸を反時計まわりに45°回転させることにより得られるY′軸と、を定義したときに、
n組の各慣性センサが、それぞれの重錘体をx軸方向に振動させるx軸励振機能とy軸方向に振動させるy軸励振機能との双方の励振機能を有し、
n組の各慣性センサのうちの第1グループに所属する慣性センサは、x軸励振機能とy軸励振機能とを組み合わせることにより、重錘体をX′軸方向に振動させた状態において、重錘体に対してZ軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより、Y′軸に平行な軸まわりに作用した角速度ωY′を検出し、
n組の各慣性センサのうちの第2グループに所属する慣性センサは、x軸励振機能とy軸励振機能とを組み合わせることにより、重錘体をY′軸方向に振動させた状態において、重錘体に対してZ軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより、X′軸に平行な軸まわりに作用した角速度ωX′を検出し、
角速度出力部が、角速度ωX′および角速度ωY′、もしくはこれらに基づいて得られたX軸まわりに作用した角速度ωXおよびY軸まわりに作用した角速度ωYを出力する機能を有することを特徴とする角速度検出装置。
(43) According to a 43rd aspect of the present invention, in the angular velocity detection device according to the 39th aspect described above,
Obtained by rotating the X axis 45 ° counterclockwise about the origin on the XY plane and rotating the Y axis 45 ° counterclockwise about the origin on the XY plane. When defining the Y 'axis
Each of the n sets of inertial sensors has both an x-axis excitation function for vibrating each weight body in the x-axis direction and an y-axis excitation function for vibrating in the y-axis direction.
Among the n groups of inertial sensors, the inertial sensors belonging to the first group combine the x-axis excitation function and the y-axis excitation function, and in the state where the weight body is vibrated in the X′-axis direction, By obtaining the Coriolis force acting in the Z-axis direction on the weight body, the angular velocity ωY ′ acting around the axis parallel to the Y′-axis is detected,
Among the n groups of inertial sensors, the inertial sensors belonging to the second group combine the x-axis excitation function and the y-axis excitation function, and in the state where the weight body is vibrated in the Y′-axis direction, By obtaining the Coriolis force acting in the Z-axis direction on the weight body, the angular velocity ωX ′ acting around the axis parallel to the X′-axis is detected,
The angular velocity output unit has a function of outputting the angular velocity ωX ′ and the angular velocity ωY ′, or the angular velocity ωX acting around the X axis and the angular velocity ωY acting around the Y axis obtained based on the angular velocity ωX ′ and the angular velocity ωY ′. Detection device.

(44) 本発明の第44の態様は、上述した第43の態様に係る角速度検出装置において、
第1グループに所属する慣性センサおよび第2グループに所属する慣性センサの少なくとも一方が、重錘体に対してx軸方向に作用したコリオリ力を検出するx軸検出機能とy軸方向に作用したコリオリ力を検出するy軸検出機能との双方の検出機能を有し、これらx軸検出機能とy軸検出機能とを組み合わせることにより、重錘体に対してY′軸方向もしくはX′軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより、Z軸まわりに作用した角速度ωZを検出する機能を更に有し、
角速度出力部が、角速度ωX′,ωY′,ωZの3軸成分もしくは角速度ωX,ωY,ωZの3軸成分を出力する機能を有することを特徴とする角速度検出装置。
(44) According to a 44th aspect of the present invention, in the angular velocity detection device according to the 43rd aspect described above,
At least one of the inertial sensor belonging to the first group and the inertial sensor belonging to the second group acted in the x-axis detection function for detecting the Coriolis force acting on the weight body in the x-axis direction and in the y-axis direction. It has both y-axis detection function that detects Coriolis force, and by combining these x-axis detection function and y-axis detection function, it can be used in the Y'-axis direction or X'-axis direction with respect to the weight body. By detecting the angular velocity ωZ acting around the Z axis by obtaining the Coriolis force acting on
An angular velocity detection device, wherein the angular velocity output unit has a function of outputting three-axis components of angular velocities ωX ′, ωY ′, and ωZ or three-axis components of angular velocities ωX, ωY, and ωZ.

(45) 本発明の第45の態様は、上述した第44の態様に係る角速度検出装置において、
n=2に設定することにより、第1グループに所属する慣性センサと第2グループに所属する慣性センサとを設け、
2組の慣性センサは、X軸に沿って隣接して配置されるようにし、
一方の慣性センサにおける重錘体のX′軸の正および負方向への往復運動と、他方の慣性センサにおける重錘体のY′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ同位相となるような制御が行われるようにしたものである。
(45) According to a 45th aspect of the present invention, in the angular velocity detection device according to the 44th aspect described above,
By setting n = 2, an inertial sensor belonging to the first group and an inertial sensor belonging to the second group are provided,
The two inertial sensors are arranged adjacent to each other along the X axis,
The reciprocating motion of the weight body in one inertial sensor in the positive and negative directions and the reciprocating motion of the weight body in the other inertial sensor in the positive and negative directions have the same period and The control is performed so as to achieve the same phase.

(46) 本発明の第46の態様は、上述した第45の態様に係る角速度検出装置において、
YZ平面を境界面として一方の空間に一方の慣性センサが配置され、他方の空間に他方の慣性センサが配置されており、これら両慣性センサが、YZ平面に関して面対称構造をなすようにしたものである。
(46) According to a 46th aspect of the present invention, in the angular velocity detection device according to the 45th aspect described above,
One inertial sensor is arranged in one space with the YZ plane as a boundary surface, and the other inertial sensor is arranged in the other space, and these two inertial sensors have a plane symmetrical structure with respect to the YZ plane. It is.

(47) 本発明の第47の態様は、上述した第44の態様に係る角速度検出装置において、
n=4に設定することにより、第1の慣性センサ、第2の慣性センサ、第3の慣性センサ、第4の慣性センサを設け、
第1の慣性センサのXY平面への正射影投影像は第1象限に位置し、第2の慣性センサのXY平面への正射影投影像は第2象限に位置し、第3の慣性センサのXY平面への正射影投影像は第3象限に位置し、第4の慣性センサのXY平面への正射影投影像は第4象限に位置するようにし、
第1の慣性センサおよび第3の慣性センサは第1グループに所属し、第2の慣性センサおよび第4の慣性センサは第2グループに所属するようにし、
第1の慣性センサにおける重錘体のX′軸の正および負方向への往復運動と、第3の慣性センサにおける重錘体のX′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ逆位相となり、第2の慣性センサにおける重錘体のY′軸の正および負方向への往復運動と、第4の慣性センサにおける重錘体のY′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ逆位相となり、第1の慣性センサにおける重錘体のX′軸の正および負方向への往復運動と、第2の慣性センサにおける重錘体のY′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ同位相となるような制御が行われるようにしたものである。
(47) According to a 47th aspect of the present invention, in the angular velocity detection device according to the 44th aspect described above,
By setting n = 4, the first inertial sensor, the second inertial sensor, the third inertial sensor, and the fourth inertial sensor are provided.
The orthographic projection image of the first inertial sensor on the XY plane is located in the first quadrant, the orthographic projection image of the second inertial sensor on the XY plane is located in the second quadrant, and the third inertial sensor The orthographic projection image on the XY plane is positioned in the third quadrant, and the orthographic projection image of the fourth inertial sensor on the XY plane is positioned in the fourth quadrant,
The first inertial sensor and the third inertial sensor belong to the first group, the second inertial sensor and the fourth inertial sensor belong to the second group,
The reciprocating motion of the weight body in the first inertial sensor in the positive and negative directions is the same as the reciprocating motion of the weight body in the third inertial sensor in the positive and negative directions. Reciprocating in the positive and negative directions of the Y ′ axis of the weight body in the second inertial sensor and in the positive and negative directions of the Y ′ axis of the weight body in the fourth inertial sensor. The reciprocating motion has the same period and opposite phase, and the reciprocating motion of the weight body in the first inertial sensor in the positive and negative directions and the Y ′ axis of the weight body in the second inertial sensor. The reciprocating motion in the positive and negative directions is controlled so as to have the same period and the same phase.

(48) 本発明の第48の態様は、上述した第44の態様に係る角速度検出装置において、
n=4に設定することにより、第1の慣性センサ、第2の慣性センサ、第3の慣性センサ、第4の慣性センサを設け、
第1の慣性センサのXY平面への正射影投影像は第1象限に位置し、第2の慣性センサのXY平面への正射影投影像は第2象限に位置し、第3の慣性センサのXY平面への正射影投影像は第3象限に位置し、第4の慣性センサのXY平面への正射影投影像は第4象限に位置するようにし、
第2の慣性センサおよび第4の慣性センサは第1グループに所属し、第1の慣性センサおよび第3の慣性センサは第2グループに所属するようにし、
第1の慣性センサにおける重錘体のY′軸の正および負方向への往復運動と、第3の慣性センサにおける重錘体のY′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ逆位相となり、第2の慣性センサにおける重錘体のX′軸の正および負方向への往復運動と、第4の慣性センサにおける重錘体のX′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ逆位相となり、第1の慣性センサにおける重錘体のY′軸の正および負方向への往復運動と、第2の慣性センサにおける重錘体のX′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ同位相となるような制御が行われるようにしたものである。
(48) According to a 48th aspect of the present invention, in the angular velocity detection device according to the 44th aspect described above,
By setting n = 4, the first inertial sensor, the second inertial sensor, the third inertial sensor, and the fourth inertial sensor are provided.
The orthographic projection image of the first inertial sensor on the XY plane is located in the first quadrant, the orthographic projection image of the second inertial sensor on the XY plane is located in the second quadrant, and the third inertial sensor The orthographic projection image on the XY plane is positioned in the third quadrant, and the orthographic projection image of the fourth inertial sensor on the XY plane is positioned in the fourth quadrant,
The second inertia sensor and the fourth inertia sensor belong to the first group, and the first inertia sensor and the third inertia sensor belong to the second group,
The reciprocating motion of the weight body in the first inertial sensor in the positive and negative directions and the reciprocating motion of the weight body in the third inertial sensor in the positive and negative directions are the same. Periodic and anti-phase, reciprocating motion of the weight body in the second inertial sensor in the positive and negative directions, and weighting mechanism in the fourth inertial sensor in the positive and negative directions of the X 'axis The reciprocating motion has the same period and opposite phase, and the reciprocating motion of the weight body in the first inertial sensor in the positive and negative directions and the weight of the second inertial sensor in the X ′ axis The reciprocating motion in the positive and negative directions is controlled so as to have the same period and the same phase.

(49) 本発明の第49の態様は、上述した第47または第48の態様に係る角速度検出装置において、
第1の慣性センサと第2の慣性センサとは、YZ平面を対称面とする面対称構造をなし、第3の慣性センサと第4の慣性センサとは、YZ平面を対称面とする面対称構造をなし、第1の慣性センサと第4の慣性センサとは、XZ平面を対称面とする面対称構造をなし、第2の慣性センサと第3の慣性センサとは、XZ平面を対称面とする面対称構造をなすようにしたものである。
(49) According to a 49th aspect of the present invention, in the angular velocity detection device according to the 47th or 48th aspect described above,
The first inertial sensor and the second inertial sensor have a plane symmetry structure with the YZ plane as a symmetry plane, and the third inertial sensor and the fourth inertial sensor have a plane symmetry with the YZ plane as a symmetry plane. The first inertia sensor and the fourth inertia sensor have a plane symmetry structure with the XZ plane as a symmetry plane, and the second inertia sensor and the third inertia sensor have an XZ plane as a symmetry plane. It is intended to form a plane symmetric structure.

(50) 本発明の第50の態様は、上述した第43〜第49の態様に係る角速度検出装置において、
角速度出力部が、角速度ωX′および角速度ωY′を、幾何学的な変換式「ωX=(1/√2)・ωX′−(1/√2)・ωY′」および「ωY=(1/√2)・ωX′+(1/√2)・ωY′」に基づく演算により、それぞれX軸まわりに作用した角速度ωXおよびY軸まわりに作用した角速度ωYに変換する変換処理を行い、この変換処理によって得られた角速度ωXおよび角速度ωYを出力する機能を有するようにしたものである。
(50) According to a 50th aspect of the present invention, in the angular velocity detection device according to the 43rd to 49th aspects described above,
The angular velocity output unit converts the angular velocity ωX ′ and the angular velocity ωY ′ into the geometric transformation equations “ωX = (1 / √2) · ωX ′ − (1 / √2) · ωY ′” and “ωY = (1 / The conversion based on the calculation based on √2) · ωX ′ + (1 / √2) · ωY ′ ”is performed to convert the angular velocity ωX acting around the X axis and the angular velocity ωY acting around the Y axis, respectively. It has a function of outputting the angular velocity ωX and the angular velocity ωY obtained by the processing.

(51) 本発明の第51の態様は、上述した第45の態様に係る角速度検出装置において、
第1グループに所属する第1の慣性センサの第1の板状橋梁部の根端部と第2グループに所属する第2の慣性センサの第1の板状橋梁部の根端部とが、共通の環状接続部を介して固定部に接続されているようにしたものである。
(51) According to a 51st aspect of the present invention, in the angular velocity detection device according to the 45th aspect described above,
The root end portion of the first plate-like bridge portion of the first inertial sensor belonging to the first group and the root end portion of the first plate-like bridge portion of the second inertial sensor belonging to the second group are: It is designed to be connected to the fixed part through a common annular connection part.

(52) 本発明の第52の態様は、上述した第51の態様に係る角速度検出装置において、
環状接続部が、X軸に平行な方向に伸びる第1の辺および第2の辺を一方の対辺とし、Y軸に平行な方向に伸びる第3の辺および第4の辺を他方の対辺とする矩形状をしており、
第1の慣性センサの第1の板状橋梁部の根端部と第2の慣性センサの第1の板状橋梁部の根端部とが、環状接続部の第1の辺に接続されており、環状接続部の第2の辺が固定用接続部を介して固定部に接続されており、
YZ平面を境界面として一方の空間に第1の慣性センサが配置され、他方の空間に第2の慣性センサが配置されており、これら両慣性センサは、YZ平面に関して面対称構造をなし、環状接続部および固定用接続部も、YZ平面に関して面対称構造をなすようにしたものである。
(52) According to a 52nd aspect of the present invention, in the angular velocity detection device according to the 51st aspect described above,
The annular connecting portion has a first side and a second side extending in a direction parallel to the X axis as one opposite side, and a third side and a fourth side extending in a direction parallel to the Y axis as the other opposite side Has a rectangular shape,
The root end portion of the first plate-like bridge portion of the first inertial sensor and the root end portion of the first plate-like bridge portion of the second inertial sensor are connected to the first side of the annular connection portion. And the second side of the annular connecting portion is connected to the fixing portion via the fixing connecting portion,
The first inertial sensor is disposed in one space with the YZ plane as a boundary surface, and the second inertial sensor is disposed in the other space. Both the inertial sensors have a plane-symmetric structure with respect to the YZ plane, The connecting portion and the fixing connecting portion also have a plane symmetric structure with respect to the YZ plane.

(53) 本発明の第53の態様は、上述した第45,第46,第51,第52の態様に係る角速度検出装置に、上述した第16〜第22の態様に係る慣性センサを第3の慣性センサとして付加し、角速度出力部に代えて、当該角速度出力部の機能に加えて第3の慣性センサによって検出された加速度の検出値を出力する機能を有する複合検出値出力部を設け、
角速度ωX′,ωY′,ωZの3軸成分もしくは角速度ωX,ωY,ωZの3軸成分に、加速度αX′,αY′,αZの3軸成分もしくは加速度αX,αY,αZの3軸成分を加えた合計6軸成分を検出することができる角速度と加速度との複合検出装置を構成するようにしたものである。
(53) According to a 53rd aspect of the present invention, the inertial sensor according to the 16th to 22nd aspects described above is added to the angular velocity detection apparatus according to the 45th, 46th, 51st, and 52nd aspects described above. In addition to the angular velocity output unit, in addition to the angular velocity output unit, a composite detection value output unit having a function of outputting a detection value of acceleration detected by the third inertia sensor is provided,
Add three-axis component of acceleration αX ', αY', αZ or three-axis component of acceleration αX, αY, αZ to three-axis component of angular velocity ωX ', ωY', ωZ or three-axis component of angular velocity ωX, ωY, ωZ In addition, a composite detection device of angular velocity and acceleration capable of detecting a total of six axis components is configured.

(54) 本発明の第54の態様は、上述した第53の態様に係る角速度と加速度との複合検出装置において、
内部に密閉空間を有し、少なくとも一面にダイアフラム部が形成された密閉構造体と、
外部から加えられた圧力によって生じるダイアフラム部の撓みに応じた電気信号を出力する圧力用検出素子と、
この圧力用検出素子の出力信号に基づいて、圧力を検出する圧力検出回路と、
を有する圧力センサを更に設け、
複合検出値出力部に、圧力センサによって検出された圧力の検出値を出力する機能を更にもたせることにより、角速度と加速度に加えて、更に圧力を検出することができるようにした角速度・加速度・圧力の複合検出装置を構成し、
密閉構造体の所定の1箇所を固定用接続部を介して装置筐体に固定することにより密閉構造体が装置筐体内で宙吊り状態に支持されるようにしたものである。
(54) According to a 54th aspect of the present invention, in the composite detection device for angular velocity and acceleration according to the above-mentioned 53rd aspect,
A sealed structure having a sealed space inside and having a diaphragm formed on at least one surface;
A pressure detecting element that outputs an electrical signal corresponding to the deflection of the diaphragm portion caused by pressure applied from the outside;
A pressure detection circuit for detecting pressure based on the output signal of the pressure detection element;
A pressure sensor having
Angular velocity / acceleration / pressure can be detected in addition to angular velocity and acceleration by providing the composite detection value output unit with the function to output the detected pressure value detected by the pressure sensor. The combined detection device of
The sealing structure is supported in a suspended state in the apparatus housing by fixing one predetermined portion of the sealing structure to the apparatus housing via the fixing connection portion.

(55) 本発明の第55の態様は、上述した第54の態様に係る角速度・加速度・圧力の複合検出装置において、
ダイアフラム部上面に対する密閉空間の正射影投影像の輪郭が矩形をなすようにし、この輪郭矩形の4辺をそれぞれ上辺、下辺、左辺、右辺と定義したときに、
圧力用検出素子が、ダイアフラム部上面に形成された第1のピエゾ抵抗素子、第2のピエゾ抵抗素子、第3のピエゾ抵抗素子、第4のピエゾ抵抗素子を有し、第1のピエゾ抵抗素子は、輪郭矩形内部の上辺の中央近傍に上辺に対して直交する方向を長手方向とするように配置され、第2のピエゾ抵抗素子は、輪郭矩形内部の下辺の中央近傍に下辺に対して直交する方向を長手方向とするように配置され、第3のピエゾ抵抗素子は、輪郭矩形内部の左辺の中央近傍に左辺の方向を長手方向とするように配置され、第4のピエゾ抵抗素子は、輪郭矩形内部の右辺の中央近傍に右辺の方向を長手方向とするように配置されているようにし、
圧力検出回路が、第1のピエゾ抵抗素子と第2のピエゾ抵抗素子とを一方の対辺とし、第3のピエゾ抵抗素子と第4のピエゾ抵抗素子とを他方の対辺とするブリッジ回路の出力に基づいて、圧力を検出するようにしたものである。
(55) According to a 55th aspect of the present invention, in the composite detection device for angular velocity, acceleration, and pressure according to the 54th aspect described above,
When the contour of the orthogonal projection image of the sealed space with respect to the upper surface of the diaphragm portion is a rectangle, and the four sides of the contour rectangle are defined as an upper side, a lower side, a left side, and a right side,
The pressure detecting element has a first piezoresistive element, a second piezoresistive element, a third piezoresistive element, and a fourth piezoresistive element formed on the upper surface of the diaphragm portion, and the first piezoresistive element Is arranged in the vicinity of the center of the upper side inside the outline rectangle so that the direction orthogonal to the upper side is the longitudinal direction, and the second piezoresistive element is orthogonal to the lower side near the center of the lower side inside the outline rectangle The third piezoresistive element is arranged in the vicinity of the center of the left side inside the outline rectangle so that the left side direction is the longitudinal direction, and the fourth piezoresistive element is It is arranged so that the direction of the right side is the longitudinal direction near the center of the right side inside the outline rectangle,
The pressure detection circuit outputs the bridge circuit having the first piezoresistive element and the second piezoresistive element as one opposite side and the third piezoresistive element and the fourth piezoresistive element as the other opposite side. Based on this, the pressure is detected.

(56) 本発明の第56の態様は、上述した第54または第55の態様に係る角速度・加速度・圧力の複合検出装置において、
密閉構造体が、上方から下方に向かって順に、第1シリコン層、酸化シリコン層、第2シリコン層を積層してなるSOI基板によって構成され、第2シリコン層の上面に掘られた溝の内面と酸化シリコン層の下面との間に密閉空間が形成されており、
第1シリコン層と酸化シリコン層との積層体における密閉空間の上方部分がダイアフラム部を構成し、第1シリコン層の上面に圧力用検出素子が形成されているようにしたものである。
(56) A fifty-sixth aspect of the present invention is the combined angular velocity / acceleration / pressure detection device according to the fifty-fourth or fifty-fifth aspect described above,
The hermetically sealed structure is constituted by an SOI substrate formed by laminating a first silicon layer, a silicon oxide layer, and a second silicon layer in order from the top to the bottom, and the inner surface of a groove dug in the upper surface of the second silicon layer And a sealed space is formed between the lower surface of the silicon oxide layer,
The upper part of the sealed space in the laminated body of the first silicon layer and the silicon oxide layer constitutes a diaphragm part, and the pressure detecting element is formed on the upper surface of the first silicon layer.

(57) 本発明の第57の態様は、上述した第54〜第56の態様に係る角速度・加速度・圧力の複合検出装置において、
XYZ三次元座標系におけるXY平面に対する正射影投影像に関して、第1の慣性センサおよび第2の慣性センサの投影像の一方は第1象限、他方は第2象限に位置し、第3の慣性センサおよび圧力センサの一方は第3象限、他方は第4象限に位置するようにし、第1の慣性センサ、第2の慣性センサ、第3の慣性センサ、圧力センサの全体の周囲を取り囲み、装置筐体に固定された枠状固定部を設けるようにしたものである。
(57) According to a 57th aspect of the present invention, in the composite detection device for angular velocity, acceleration and pressure according to the 54th to 56th aspects described above,
With respect to the orthogonal projection image on the XY plane in the XYZ three-dimensional coordinate system, one of the projection images of the first inertia sensor and the second inertia sensor is located in the first quadrant and the other is located in the second quadrant. And one of the pressure sensors is located in the third quadrant, and the other is located in the fourth quadrant, and surrounds the entire circumference of the first inertia sensor, the second inertia sensor, the third inertia sensor, and the pressure sensor. A frame-shaped fixing part fixed to the body is provided.

本発明に係る慣性センサは、重錘体をL字状構造体によって支持する構造を採用しているため、利用時に装置筐体に何らかの応力が加わったとしても、その影響が検出結果に及ぶことはほとんどない。しかも、L字状構造体に定義された固有の参照領域(特定方向の応力が集中することが確認された固有の8カ所もしくは固有の12カ所)に動作用素子群を配置する形態を採っているため、当該参照領域に生じた応力を検出することにより、作用した加速度や角速度を効果的に検出することができる。このため、高い検出感度をもって加速度や角速度の検出が可能になる。   Since the inertial sensor according to the present invention employs a structure in which the weight body is supported by the L-shaped structure, even if some stress is applied to the apparatus housing at the time of use, the influence is exerted on the detection result. There is almost no. In addition, an operation element group is arranged in a unique reference region (eight unique or twelve unique locations where stress in a specific direction is confirmed to be concentrated) defined in the L-shaped structure. Therefore, it is possible to effectively detect the applied acceleration and angular velocity by detecting the stress generated in the reference region. For this reason, acceleration and angular velocity can be detected with high detection sensitivity.

また、上記慣性センサを複数組用いて構成された角速度検出装置では、個々の慣性センサの検出結果を総合的に利用して最終的な検出値を出力することができるため、より正確な検出値を得ることができるようになる。特に、いくつかの実施形態では、重錘体の振動が装置筐体の外部に漏れ出るのを抑制する作用が働くため、重錘体の振動態様が利用時の外部環境の影響を受けることを防ぐことができ、より正確な検出値を得ることができるようになる。   In addition, in the angular velocity detection device configured by using a plurality of sets of the inertial sensors, since the final detection value can be output using the detection results of the individual inertial sensors comprehensively, a more accurate detection value can be obtained. You will be able to get In particular, in some embodiments, the action of suppressing the vibration of the weight body from leaking to the outside of the device housing works, so that the vibration mode of the weight body is affected by the external environment during use. Therefore, a more accurate detection value can be obtained.

従来のダイアフラム構造を採用した加速度センサの平面図(図(a) )およびこれをyz平面で切断した側断面図(図(b) )である(図(a) におけるハッチングは、ピエゾ抵抗素子の配置を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない)。FIG. 2 is a plan view (FIG. (A)) of an acceleration sensor adopting a conventional diaphragm structure and a side sectional view (FIG. (B)) cut along the yz plane (hatching in FIG. It is given to clearly show the arrangement, not the cross section). 本発明の基本的な実施形態に係る慣性センサを構成する基本構造体100の平面図(図(a) )およびこれをyz平面で切断した側断面図(図(b) )である。FIG. 2 is a plan view (FIG. (A)) of a basic structure 100 constituting an inertial sensor according to a basic embodiment of the present invention, and a side sectional view (FIG. (B)) of cutting this along a yz plane. 図2に示す基本構造体100の装置筐体に対する固定状態を示す平面図である(図におけるハッチング領域は、固定部分を示すためのものであり、断面を示すものではない)。It is a top view which shows the fixed state with respect to the apparatus housing | casing of the basic structure 100 shown in FIG. 2 (The hatching area | region in a figure is for showing a fixing part and does not show a cross section.). 図2に示す基本構造体100上に定義された12組の参照領域R1〜R12を示す平面図である(図におけるハッチングは、各参照領域の配置を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない)。It is a top view which shows 12 sets of reference region R1-R12 defined on the basic structure 100 shown in FIG. 2 (The hatching in a figure is attached in order to show arrangement | positioning of each reference region clearly, It does not show a cross section). 図2に示す基本構造体100の重錘体150がx軸正方向の変位Δx(+)を生じたときの各参照領域R1〜R12の伸縮状態を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing an expansion / contraction state of each reference region R1 to R12 when a weight body 150 of the basic structure 100 shown in FIG. 2 generates a displacement Δx (+) in the x-axis positive direction. 図2に示す基本構造体100の重錘体150がy軸正方向の変位Δy(+)を生じたときの各参照領域R1〜R12の伸縮状態を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing an expansion / contraction state of each reference region R1 to R12 when a weight 150 of the basic structure 100 shown in FIG. 2 generates a displacement Δy (+) in the y-axis positive direction. 図2に示す基本構造体100の重錘体150がz軸正方向の変位Δz(+)を生じたときの各参照領域R1〜R12の伸縮状態を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing an expansion / contraction state of each reference region R1 to R12 when a weight 150 of the basic structure 100 shown in FIG. 2 generates a displacement Δz (+) in the z-axis positive direction. 図5〜図7に示す伸縮状態をまとめて示す一覧表であり、符号+は伸びる状態、符号−は縮む状態、符号0は有意な伸縮が生じない状態を示す。FIG. 8 is a table collectively showing the stretched states shown in FIGS. 5 to 7, where the symbol + indicates a stretched state, the symbol − indicates a contracted state, and the symbol 0 indicates a state in which no significant stretching occurs. 本発明に係る慣性センサをピエゾ抵抗素子を用いて構成した実施形態の平面図(図(a) )およびこれを切断線9b−9bに示す位置で切断した側断面図(図(b) )である(図(a) におけるハッチングは、各ピエゾ抵抗素子の配置を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない)。The top view (figure (a)) of embodiment which comprised the inertial sensor which concerns on this invention using the piezoresistive element, and side sectional drawing (figure (b)) cut | disconnected this in the position shown by the cutting line 9b-9b (Hatching in FIG. 1 (a) is given to clearly show the arrangement of each piezoresistive element and does not show a cross section). 図9に示す実施形態に利用される検出回路500の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the detection circuit 500 utilized for embodiment shown in FIG. 図9に示す実施形態に利用される検出回路500の別な一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows another example of the detection circuit 500 utilized for embodiment shown in FIG. 同一の参照領域内に複数の検出素子を配置した例を示す平面図である(図におけるハッチングは、各検出素子の配置を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない)。It is a top view which shows the example which has arrange | positioned the several detection element in the same reference area (The hatching in a figure is attached in order to show arrangement | positioning of each detection element clearly, and does not show a cross section.) . 図9に示す実施形態について、図11に示す検出回路を利用する場合のピエゾ抵抗素子の配置例を示す平面図である(図におけるハッチングは、各ピエゾ抵抗素子の配置を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない)。FIG. 12 is a plan view showing an example of arrangement of the piezoresistive elements when the detection circuit shown in FIG. 11 is used in the embodiment shown in FIG. 9 (hatching in the figure is attached to clearly show the arrangement of the piezoresistive elements). It does not show a cross section). 本発明に係る慣性センサを圧電素子を用いて構成した実施形態の平面図(図(a) )およびこれを切断線14b−14bに示す位置で切断した側断面図(図(b) )である(図(a) におけるハッチングは、各圧電素子(上部電極)の配置を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない)。FIG. 2 is a plan view (FIG. (A)) of an embodiment in which an inertial sensor according to the present invention is configured using a piezoelectric element, and a side sectional view (FIG. (B)) cut at a position indicated by a cutting line 14b-14b. (The hatching in FIG. (A) is given to clearly show the arrangement of each piezoelectric element (upper electrode), and does not show a cross section). 図14に示す実施形態に利用される検出回路510の検出処理を行う部分の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the part which performs the detection process of the detection circuit 510 utilized for embodiment shown in FIG. 図14に示す実施形態に利用される検出回路510の検出処理を行う部分の別な一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows another example of the part which performs the detection process of the detection circuit 510 utilized for embodiment shown in FIG. 図14に示す慣性センサにおける圧電素子の配置態様のバリエーションを示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the variation of the arrangement | positioning aspect of the piezoelectric element in the inertial sensor shown in FIG. 図14に示す実施形態に利用される検出回路510の駆動処理を行う部分の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the part which performs the drive process of the detection circuit 510 utilized for embodiment shown in FIG. 図14に示す実施形態に利用される検出回路510の駆動処理を行う部分の別な一例を示す回路図である。FIG. 15 is a circuit diagram showing another example of a portion that performs a driving process of the detection circuit 510 used in the embodiment shown in FIG. 14. 図14に示す慣性センサを2組設けることにより構成された角速度検出装置の基本構造体を示す平面図である(図におけるハッチングは、基本構造体の形状を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない)。It is a top view which shows the basic structure of the angular velocity detection apparatus comprised by providing two sets of inertial sensors shown in FIG. 14 (The hatching in a figure is attached in order to show the shape of a basic structure clearly. Does not show a cross section). 図20に示す基本構造体について定義されたXYZ三次元座標系(グローバル座標系)と、個々の慣性センサについて定義されたxyz三次元座標系(ローカル座標系)との関係を示す平面図および各回路を示すブロック図である。20 is a plan view showing the relationship between the XYZ three-dimensional coordinate system (global coordinate system) defined for the basic structure shown in FIG. 20 and the xyz three-dimensional coordinate system (local coordinate system) defined for each inertial sensor. It is a block diagram which shows a circuit. 図20に示す角速度検出装置における各慣性センサの重錘体の振動態様の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the vibration aspect of the weight body of each inertial sensor in the angular velocity detection apparatus shown in FIG. 図20に示す角速度検出装置における各慣性センサの重錘体の振動態様の別な一例を示す平面図である。It is a top view which shows another example of the vibration aspect of the weight body of each inertial sensor in the angular velocity detection apparatus shown in FIG. 図14に示す慣性センサを4組設けることにより構成された角速度検出装置の基本構造体を示す平面図である(図におけるハッチングは、基本構造体の形状を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない)。It is a top view which shows the basic structure of the angular velocity detection apparatus comprised by providing four sets of inertial sensors shown in FIG. 14 (The hatching in a figure is attached in order to show the shape of a basic structure clearly. Does not show a cross section). 図24に示す基本構造体について定義されたXYZ三次元座標系(グローバル座標系)と、個々の慣性センサについて定義されたxyz三次元座標系(ローカル座標系)との関係を示す平面図および各回路を示すブロック図である。FIG. 24 is a plan view showing the relationship between the XYZ three-dimensional coordinate system (global coordinate system) defined for the basic structure and the xyz three-dimensional coordinate system (local coordinate system) defined for each inertial sensor. It is a block diagram which shows a circuit. 図24に示す角速度検出装置における各慣性センサの重錘体の振動態様の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the vibration aspect of the weight body of each inertial sensor in the angular velocity detection apparatus shown in FIG. 図24に示す角速度検出装置における各慣性センサの重錘体の振動態様の別な一例を示す平面図である。FIG. 25 is a plan view illustrating another example of the vibration mode of the weight body of each inertial sensor in the angular velocity detection device illustrated in FIG. 24. 図20に示す基本構造体について、X′軸およびY′軸を定義した状態を示す平面図である。FIG. 21 is a plan view showing a state in which an X ′ axis and a Y ′ axis are defined for the basic structure shown in FIG. 20. 図28に示すX′軸およびY′軸に沿った振動方向を示す平面図である。FIG. 29 is a plan view showing a vibration direction along the X ′ axis and the Y ′ axis shown in FIG. 28. 図28に示す振動方向を各重錘体に採用した具体的な振動態様の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the concrete vibration aspect which employ | adopted the vibration direction shown in FIG. 28 for each weight body. 図28に示す振動方向を各重錘体に採用した具体的な振動態様の別な一例を示す平面図である。It is a top view which shows another example of the concrete vibration aspect which employ | adopted the vibration direction shown in FIG. 28 for each weight body. 図24に示す基本構造体について、X′軸およびY′軸を定義した状態を示す平面図である。FIG. 25 is a plan view showing a state where an X ′ axis and a Y ′ axis are defined for the basic structure shown in FIG. 24. 図32に示すX′軸およびY′軸に沿った振動方向を示す平面図である。It is a top view which shows the vibration direction along the X 'axis and Y' axis shown in FIG. 図33に示す振動方向を各重錘体に採用した具体的な振動態様の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the concrete vibration aspect which employ | adopted each vibration body as the vibration direction shown in FIG. 図33に示す振動方向を各重錘体に採用した具体的な振動態様の別な一例を示す平面図である。It is a top view which shows another example of the concrete vibration aspect which employ | adopted the vibration direction shown in FIG. 33 to each weight body. 図9に示す慣性センサの変形例に係る慣性センサの基本構造体の構造を示す平面図(図(a) )およびこれをyz平面で切断した側断面図(図(b) )である(図(a) におけるハッチングは、基本構造体の形状を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない)。FIG. 10 is a plan view (FIG. (A)) showing the structure of the basic structure of the inertial sensor according to a modification of the inertial sensor shown in FIG. 9 and a side sectional view (FIG. (B)) of cutting this along the yz plane. The hatching in (a) is given to clearly show the shape of the basic structure, not the cross section). 図9に示す慣性センサの基本構造体(図(a) )および図36に示す慣性センサの基本構造体(図(b) )について、重錘体150がx軸正方向の変位Δx(+)を生じたときの各板状橋梁部に生じる応力の大きさを示す応力分布図である。With respect to the basic structure of the inertial sensor shown in FIG. 9 (FIG. (A)) and the basic structure of the inertial sensor shown in FIG. 36 (FIG. (B)), the weight 150 is displaced in the positive x-axis direction Δx (+). It is a stress distribution figure which shows the magnitude | size of the stress which arises in each plate-shaped bridge part when producing | generating. 図9に示す慣性センサの基本構造体(図(a) )および図36に示す慣性センサの基本構造体(図(b) )について、重錘体150がY軸正方向の変位Δy(+)を生じたときの各板状橋梁部に生じる応力の大きさを示す応力分布図である。With respect to the basic structure of the inertial sensor shown in FIG. 9 (FIG. (A)) and the basic structure of the inertial sensor shown in FIG. 36 (FIG. (B)), the weight 150 is displaced in the Y-axis positive direction Δy (+). It is a stress distribution figure which shows the magnitude | size of the stress which arises in each plate-shaped bridge part when producing | generating. 図9に示す慣性センサの基本構造体(図(a) )および図18に示す慣性センサの基本構造体(図(b) )について、重錘体150がZ軸正方向の変位Δz(+)を生じたときの各板状橋梁部に生じる応力の大きさを示す応力分布図である。For the basic structure of the inertial sensor shown in FIG. 9 (FIG. (A)) and the basic structure of the inertial sensor shown in FIG. 18 (FIG. (B)), the weight 150 is displaced in the positive Z-axis direction Δz (+). It is a stress distribution figure which shows the magnitude | size of the stress which arises in each plate-shaped bridge part when producing | generating. 図36に示す基本構造体をもった慣性センサを4組設けることにより構成された角速度検出装置の基本構造体を示す平面図である(図におけるハッチングは、基本構造体の形状を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない)。FIG. 37 is a plan view showing a basic structure of an angular velocity detection device configured by providing four sets of inertial sensors having the basic structure shown in FIG. 36 (hatching in the drawing clearly shows the shape of the basic structure); (This is not a cross section.) 図36に示す慣性センサの変形例に係る慣性センサの基本構造体の構造を示す平面図(図(a) )およびこれをyz平面で切断した側断面図(図(b) )である(図(a) におけるハッチングは、基本構造体の形状を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない)。FIG. 37 is a plan view (FIG. (A)) showing the structure of the basic structure of the inertial sensor according to a modification of the inertial sensor shown in FIG. 36, and a side sectional view (FIG. (B)) taken along the yz plane. The hatching in (a) is given to clearly show the shape of the basic structure, not the cross section). 図41に示す慣性センサの更なる変形例に係る慣性センサの基本構造体の構造を示す平面図(図(a) )およびこれをyz平面で切断した側断面図(図(b) )である(図(a) におけるハッチングは、基本構造体の形状を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない)。FIG. 42 is a plan view (FIG. (A)) showing the structure of the basic structure of the inertial sensor according to a further modification of the inertial sensor shown in FIG. 41 and a side sectional view (FIG. (B)) of cutting this along the yz plane. (The hatching in FIG. 1 (a) is given to clearly show the shape of the basic structure, and does not show a cross section). 本発明に係る角速度・加速度・圧力の複合検出装置に用いられる基本構造体を示す平面図である(図におけるハッチングは、基本構造体の形状を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない)。It is a top view which shows the basic structure used for the composite detection apparatus of angular velocity, acceleration, and pressure which concerns on this invention (The hatching in a figure is attached in order to show the shape of a basic structure clearly, and a cross section is shown. Not shown). 図43に示す基本構造体を用いて構成された角速度・加速度・圧力の複合検出装置の動作を説明するための平面図および各回路を示すブロック図である。FIG. 44 is a plan view for explaining the operation of the combined angular velocity / acceleration / pressure detection apparatus configured using the basic structure shown in FIG. 43 and a block diagram showing each circuit. 図44に示す密閉構造体190を、切断線45−45に沿った断面で切断した側断面図である。It is the sectional side view which cut | disconnected the sealing structure 190 shown in FIG. 44 in the cross section along the cutting line 45-45. 図44の圧力検出回路530Fを構成するブリッジ回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the bridge circuit which comprises the pressure detection circuit 530F of FIG.

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.

<<< §1. 従来のダイアフラム式慣性センサの問題点 >>>
はじめに、従来から一般的に利用されているダイアフラム式の慣性センサの基本構造とその問題点を簡単に述べておく。図1(a) は、前掲の特許文献1や特許文献2などに開示されているダイアフラム構造を採用した加速度センサの平面図であり、図1(b) は、これをyz平面で切断した側断面図である。なお、図1(a) に示すハッチングは、ピエゾ抵抗素子の配置を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない。
<<< §1. Problems with conventional diaphragm type inertial sensors >>
First, the basic structure and problems of a diaphragm type inertial sensor that has been generally used in the past will be briefly described. FIG. 1 (a) is a plan view of an acceleration sensor employing a diaphragm structure disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 and Patent Document 2, and FIG. 1 (b) is a side cut by a yz plane. It is sectional drawing. The hatching shown in FIG. 1 (a) is given to clearly show the arrangement of the piezoresistive elements, and does not show a cross section.

図1(a) に示すとおり、この加速度センサを構成する基本構造体10は、平面形状が正方形をしており、周囲の台座部11、その内側のダイアフラム部12、更にその内側の重錘体13によって構成される。図示のとおり、円柱状の重錘体13は中心位置に配置され、その周囲がワッシャ状のダイアフラム部12によって支持され、このダイアフラム部12の周囲は台座部11によって支持されており、図1(b) に示すように、台座部11の底面は装置筐体の底板30の上面に固着されている。結局、重錘体13は、ダイアフラム部12の中央に垂下された状態で、装置筐体内に収容されることになる。   As shown in FIG. 1 (a), the basic structure 10 constituting the acceleration sensor has a square planar shape, a surrounding pedestal portion 11, an inner diaphragm portion 12, and an inner weight body. 13. As shown in the figure, the cylindrical weight body 13 is arranged at the center position, and the periphery thereof is supported by a washer-like diaphragm portion 12, and the periphery of the diaphragm portion 12 is supported by the pedestal portion 11. As shown in b), the bottom surface of the base 11 is fixed to the top surface of the bottom plate 30 of the apparatus housing. Eventually, the weight body 13 is housed in the apparatus housing in a state where it is suspended from the center of the diaphragm portion 12.

基本構造体10全体は、たとえば、シリコン基板などによって構成されているが、ダイアフラム部12は肉厚が薄いため可撓性を有しており、外力の作用によって撓みを生じることができる。装置筐体に加速度が作用すると、装置筐体の底板30とともに台座部11が移動するが、重錘体13は慣性により留まろうとするため、ダイアフラム部12に撓みが生じ、重錘体13は装置筐体に対して相対的に変位を生じることになる。   The entire basic structure 10 is constituted by, for example, a silicon substrate, but the diaphragm portion 12 is flexible because it is thin, and can be bent by the action of an external force. When acceleration is applied to the device casing, the pedestal portion 11 moves together with the bottom plate 30 of the device casing. However, since the weight body 13 tends to stay due to inertia, the diaphragm portion 12 bends, and the weight body 13 A displacement occurs relative to the apparatus housing.

このような重錘体13の変位は、ダイアフラム部12の撓みとして検出することができる。ダイアフラム部12の上面に形成された12組のピエゾ抵抗素子20は、このダイアフラム部12の撓みを電気的に検出する役割を果たす。すなわち、ダイアフラム部12の各部に撓みが生じると、各ピエゾ抵抗素子20には、当該撓みに起因した応力歪みが生じることになり、電気抵抗に変化が生じることになる。この電気抵抗の変化を、たとえば、ブリッジ回路などによって検出すれば、ダイアフラム部12の各部の撓み具合を電気信号として取り出すことができる。作用した加速度の方向により、ダイアフラム部12の各部の撓み具合が異なるため、図示の例の場合、12組のピエゾ抵抗素子20のそれぞれの電気抵抗の変化に基づいて、作用した加速度の各座標軸方向成分を検出することが可能になる。   Such displacement of the weight body 13 can be detected as the deflection of the diaphragm portion 12. The twelve sets of piezoresistive elements 20 formed on the upper surface of the diaphragm portion 12 serve to electrically detect the deflection of the diaphragm portion 12. That is, when each part of the diaphragm 12 is bent, stress distortion resulting from the bending occurs in each piezoresistive element 20 and a change occurs in electric resistance. If this change in electrical resistance is detected by, for example, a bridge circuit, the degree of deflection of each part of the diaphragm part 12 can be extracted as an electrical signal. Since the degree of bending of each part of the diaphragm portion 12 differs depending on the direction of the applied acceleration, in the case of the illustrated example, each coordinate axis direction of the applied acceleration is based on the change in the electrical resistance of each of the 12 sets of piezoresistive elements 20. It becomes possible to detect the component.

図示の例では、重錘体13の中心位置に原点Oをとったxyz三次元座標系が定義されており、4組のピエゾ抵抗素子20がy軸に沿って配置され、8組のピエゾ抵抗素子20が2列になってx軸に沿って配置されている。y軸に沿って配置された4組のピエゾ抵抗素子20は、作用した加速度のy軸方向成分αyの検出に利用され、x軸に沿って配置された1列目の4組のピエゾ抵抗素子20は、作用した加速度のx軸方向成分αxの検出に利用され、2列目の4組のピエゾ抵抗素子20は、作用した加速度のz軸方向成分αzの検出に利用される。   In the illustrated example, an xyz three-dimensional coordinate system having an origin O at the center position of the weight body 13 is defined. Four sets of piezoresistive elements 20 are arranged along the y-axis, and eight sets of piezoresistors are provided. The elements 20 are arranged in two rows along the x axis. The four sets of piezoresistive elements 20 arranged along the y-axis are used for detecting the y-axis direction component αy of the applied acceleration, and the four sets of piezoresistive elements in the first row arranged along the x-axis 20 is used to detect the x-axis direction component αx of the applied acceleration, and the four sets of piezoresistive elements 20 in the second row are used to detect the z-axis direction component αz of the applied acceleration.

かくして、この加速度センサは、xyz三次元座標系において、作用した加速度の各座標軸方向成分αx,αy,αzを独立して検出する機能をもった三次元加速度センサとして機能することになる。図示の例は、重錘体13の変位(ダイアフラム部12の撓み)をピエゾ抵抗素子20によって検出するタイプのものであるが、この他、検出素子として、ストレーンゲージを用いるタイプ、圧電素子を用いるタイプ、容量素子を用いるタイプなどが知られており、実用化に至っている。また、ワッシャ状のダイアフラム部12の代わりに、たとえば、x軸およびy軸に沿った十文字状のビーム部により重錘体13を支持する構造も提案されている。   Thus, this acceleration sensor functions as a three-dimensional acceleration sensor having a function of independently detecting each coordinate axis direction component αx, αy, αz of the applied acceleration in the xyz three-dimensional coordinate system. In the example shown in the figure, the displacement of the weight body 13 (deflection of the diaphragm portion 12) is detected by the piezoresistive element 20, but in addition, a type using a strain gauge or a piezoelectric element is used as the detection element. A type, a type using a capacitive element, and the like are known and have been put into practical use. Further, instead of the washer-shaped diaphragm portion 12, a structure in which the weight body 13 is supported by, for example, a cross-shaped beam portion along the x-axis and the y-axis has been proposed.

このように、重錘体13を可撓性をもったダイアフラム部12(もしくはビーム部)によって中央位置に支持し、ダイアフラム部12(もしくはビーム部)の周囲を台座部11で固定する構造を採用すると、構造が単純であるため製造コストを低減させる効果が得られ、しかも、重錘体13の周囲を取り囲むように配置されたダイアフラム部12(もしくはビーム部)の撓みを検出することにより、重錘体13の変位検出が可能になるため、比較的感度の高い検出を行うことができる。   In this way, the weight body 13 is supported at the center position by the flexible diaphragm portion 12 (or beam portion), and the periphery of the diaphragm portion 12 (or beam portion) is fixed by the pedestal portion 11. Then, since the structure is simple, an effect of reducing the manufacturing cost can be obtained, and moreover, by detecting the deflection of the diaphragm portion 12 (or the beam portion) arranged so as to surround the weight body 13, the weight can be reduced. Since the displacement of the weight 13 can be detected, detection with relatively high sensitivity can be performed.

しかしながら、図1(b) に示すとおり、台座部11が装置筐体30に固着されているため、利用時に装置筐体30に何らかの応力が加わると、当該応力が台座部11を介してダイアフラム部12(もしくはビーム部)まで伝達され、検出結果に影響を与えるという問題がある。   However, as shown in FIG. 1 (b), since the pedestal 11 is fixed to the device housing 30, if any stress is applied to the device housing 30 during use, the stress is applied to the diaphragm through the pedestal 11. There is a problem that it is transmitted up to 12 (or beam part) and affects the detection result.

たとえば、装置筐体30の材質と基本構造体10の材質との熱膨張係数が異なると、利用時の温度環境によっては、装置筐体30の膨張率と基本構造体10の膨張率との差が顕著になり、ダイアフラム部12に外乱として常時応力が加わることになる。あるいは、装置筐体30を何らかの測定対象物に実装するために、接着剤やネジで固定したとすると、当該実装時に装置筐体30に応力が加わる可能性がある。当該応力がダイアフラム部12に伝わると、やはり検出結果に悪影響が及ぶことになる。   For example, if the material of the device housing 30 and the material of the basic structure 10 have different coefficients of thermal expansion, the difference between the expansion rate of the device housing 30 and the expansion rate of the basic structure 10 depends on the temperature environment during use. Becomes conspicuous, and stress is constantly applied to the diaphragm 12 as a disturbance. Alternatively, if the device casing 30 is fixed with an adhesive or a screw in order to mount it on some measurement object, stress may be applied to the device casing 30 during the mounting. If the stress is transmitted to the diaphragm portion 12, the detection result is adversely affected.

このように、重錘体をその周囲からダイアフラム部やビーム部によって支持する構造を採ると、装置筐体に加えられた応力の伝達により、検出結果に悪影響が及ぶことは避けられない。本発明は、このような問題を解決するための解決策を提案するものである。   As described above, when the weight body is supported by the diaphragm portion and the beam portion from the periphery, it is inevitable that the detection result is adversely affected by the transmission of the stress applied to the apparatus housing. The present invention proposes a solution for solving such a problem.

<<< §2. 本発明に係る慣性センサの基本構造 >>>
本発明に係る慣性センサの特徴は、固有の基本構造を採用するとともに、固有の素子配置を採用する点にある。以下、これらの点について、具体的な構造および配置を示しながら詳述する。
<<< §2. Basic structure of inertial sensor according to the present invention >>
The feature of the inertial sensor according to the present invention is that a unique basic structure is adopted and a unique element arrangement is adopted. Hereinafter, these points will be described in detail while showing specific structures and arrangements.

<2−1. 本発明の特徴となる固有の基本構造>
図2(a) は、本発明に係る慣性センサに用いられる基本構造体100の平面図であり、図2(b) は、これをyz平面で切断した側断面図である。ここでは、まず、この基本構造体100の構造を説明する。
<2-1. Unique Basic Structure Characteristic of the Present Invention>
FIG. 2 (a) is a plan view of the basic structure 100 used in the inertial sensor according to the present invention, and FIG. 2 (b) is a side sectional view of the basic structure 100 cut along the yz plane. Here, first, the structure of the basic structure 100 will be described.

図2(a) に示すとおり、この基本構造体100は、固定部用板状部材110、第1の板状橋梁部120、中間接続部125、第2の板状橋梁部130、重錘接続部140、重錘体150という各部分を有している渦巻型の構造体である。図2(a) では図示が省略されているが、実際には、この基本構造体100は、装置筐体内に収容される。図2(b) には、この装置筐体の一部をなす底板200が描かれており、固定部用板状部材110の下面が底板200の上面に固着されている状態が示されている。   As shown in FIG. 2 (a), the basic structure 100 includes a plate member 110 for a fixing portion, a first plate bridge portion 120, an intermediate connection portion 125, a second plate bridge portion 130, and a weight connection. This is a spiral structure having parts 140 and weight 150. Although not shown in FIG. 2A, in reality, the basic structure 100 is housed in the apparatus housing. FIG. 2B shows a bottom plate 200 that forms a part of the apparatus housing, and shows a state in which the lower surface of the fixing member plate member 110 is fixed to the upper surface of the bottom plate 200. .

ここでは、重錘体150の変位方向を説明する便宜上、重錘体150が静止している状態において、この重錘体150の重心位置に原点Oをとり、図示のとおり、xyz三次元座標系を定義する。すなわち、図2(a) の平面図においては、図の下方にx軸、図の右方にy軸、紙面垂直上方にz軸を定義する。図2(b) の側断面図においては、図の上方にz軸、図の右方にy軸、紙面垂直上方にx軸がそれぞれ定義されることになる。図2(b) の側断面図は、図2(a) の平面図に示されている基本構造体100を、yz平面で切断した図に相当する。   Here, for convenience of explaining the displacement direction of the weight body 150, the origin O is set at the center of gravity of the weight body 150 in a state where the weight body 150 is stationary, and an xyz three-dimensional coordinate system is illustrated as illustrated. Define That is, in the plan view of FIG. 2 (a), the x-axis is defined below the figure, the y-axis is defined on the right side of the figure, and the z-axis is defined vertically above the page. In the side sectional view of FIG. 2 (b), the z-axis is defined above the figure, the y-axis is defined on the right side of the figure, and the x-axis is defined vertically above the page. The side cross-sectional view of FIG. 2B corresponds to a view of the basic structure 100 shown in the plan view of FIG.

なお、§6で述べる角速度検出装置において用いられるXYZ三次元座標系(グローバル座標系)と区別するため、ここで述べる慣性センサの説明では、小文字のxyzを用いたxyz三次元座標系(ローカル座標系)を用いることにする。   In order to distinguish from the XYZ three-dimensional coordinate system (global coordinate system) used in the angular velocity detection apparatus described in §6, in the description of the inertial sensor described here, an xyz three-dimensional coordinate system (local coordinates) using lowercase xyz. System).

図2に示す基本構造体100において、固定部用板状部材110は、第1の板状橋梁部120の根端部(図の左端)を装置筐体の底板200に固定する構成要素である。一方、第1の板状橋梁部120の先端部(図の右端)には、中間接続部125を介して、第2の板状橋梁部130の根端部が接続され、第2の板状橋梁部130の先端部には、重錘接続部140を介して重錘体150が接続されている。重錘体150は、作用した加速度や角速度に基づいて有意な変位が生じるために必要な質量をもった矩形状の構造体であり、渦巻き状に配置された構成要素110,120,125,130,140によって支持された状態になっている。   In the basic structure 100 shown in FIG. 2, the fixing portion plate member 110 is a component that fixes the root end portion (left end in the figure) of the first plate-like bridge portion 120 to the bottom plate 200 of the apparatus housing. . On the other hand, the root end portion of the second plate-like bridge portion 130 is connected to the distal end portion (right end in the drawing) of the first plate-like bridge portion 120 via the intermediate connection portion 125, so that the second plate-like shape is provided. A weight body 150 is connected to the distal end portion of the bridge portion 130 via a weight connection portion 140. The weight body 150 is a rectangular structure having a mass necessary for causing significant displacement based on the applied acceleration and angular velocity, and the components 110, 120, 125, and 130 arranged in a spiral shape. , 140 is supported.

図2(b) の側断面図には、第1の板状橋梁部120および中間接続部125は現れていないが、第1の板状橋梁部120、中間接続部125、第2の板状橋梁部130、重錘接続部140、重錘体150は、いずれも同じ厚み(z軸方向の寸法)を有している。これに対して、固定部用板状部材110は、下方に余分な厚み部分を有している。このため、図2(b) に示すように、固定部用板状部材110の下面を底板200の上面に固定した状態において、第1の板状橋梁部120、中間接続部125、第2の板状橋梁部130、重錘接続部140、重錘体150は、いずれも底板200の上面から浮き上がった状態となり、重錘体150は宙吊り状態に保持される。   Although the first plate-like bridge portion 120 and the intermediate connection portion 125 do not appear in the side sectional view of FIG. 2B, the first plate-like bridge portion 120, the intermediate connection portion 125, the second plate-like shape The bridge part 130, the weight connection part 140, and the weight body 150 all have the same thickness (dimension in the z-axis direction). On the other hand, the plate member 110 for fixing part has an excessive thickness part below. For this reason, as shown in FIG. 2 (b), the first plate-like bridge portion 120, the intermediate connection portion 125, the second plate portion 110, the second connection portion 125, and the second connection portion 125 are fixed in the state where the lower surface of the fixing portion plate member 110 is fixed to the upper surface of the bottom plate 200. The plate-like bridge portion 130, the weight connection portion 140, and the weight body 150 are all lifted from the upper surface of the bottom plate 200, and the weight body 150 is held in a suspended state.

ここで、少なくとも第1の板状橋梁部120および第2の板状橋梁部130は、可撓性を有しているため、外力の作用により撓みが生じる。このため、外部から加速度や角速度が作用して装置筐体が移動すると、慣性力の作用により、重錘体150は装置筐体内部で変位を生じることになる。たとえば、装置筐体にy軸正方向の加速度が作用すると、底板200は図の右方向に移動するため、重錘体150には、図の左方向を向いた慣性力が作用し、重錘体150は装置筐体に対して相対的に、図の左方向への変位を生じることになる。本願では、説明の便宜上、重錘体150に作用する慣性力を検出対象となる加速度や角速度として捉えることにする。たとえば、上例の場合、装置筐体には、y軸正方向の加速度+αyが作用していることになるが、慣性センサの出力としては、逆方向のy軸負方向の加速度−αyの検出値が得られる。   Here, at least the first plate-like bridge portion 120 and the second plate-like bridge portion 130 have flexibility, and therefore bend due to the action of external force. For this reason, when the apparatus casing moves due to acceleration or angular velocity acting from the outside, the weight body 150 is displaced inside the apparatus casing due to the action of inertial force. For example, when acceleration in the positive direction of the y-axis acts on the apparatus housing, the bottom plate 200 moves in the right direction in the figure, so that the inertia force acting in the left direction in the figure acts on the weight body 150 and the weight The body 150 is displaced in the left direction in the figure relative to the apparatus housing. In the present application, for convenience of explanation, the inertial force acting on the weight body 150 is regarded as the acceleration or angular velocity to be detected. For example, in the case of the above example, acceleration in the positive y-axis direction + αy acts on the device casing. However, the output of the inertial sensor detects the negative acceleration in the negative y-axis direction -αy. A value is obtained.

図2に示す基本構造体100は、それぞれ可撓性をもった第1の板状橋梁部120と第2の板状橋梁部130とがL字状に配置されるように、第1の板状橋梁部120の先端部と第2の板状橋梁部130の根端部とが中間接続部125を介して接続され、更に、第2の板状橋梁部130の脇に重錘体150が配置されるように、第2の板状橋梁部130の先端部と重錘体150の隅部とが重錘接続部140を介して接続された構造を有している。しかも、第1の板状橋梁部120の根端部は、固定部として機能する固定部用板状部材110によって装置筐体の底板200の上面に固定されているため、第1の板状橋梁部120、第2の板状橋梁部130および重錘体150は、外力が作用しない状態において、装置筐体の底板200の上方に浮いた宙吊り状態になっている。   The basic structure 100 shown in FIG. 2 includes a first plate-like bridge portion 120 and a second plate-like bridge portion 130 each having flexibility so that the first plate-like bridge portion 120 and the second plate-like bridge portion 130 are arranged in an L shape. The distal end portion of the bridge member 120 and the root end portion of the second plate bridge portion 130 are connected via an intermediate connection portion 125, and a weight body 150 is provided on the side of the second plate bridge portion 130. As shown in the figure, the distal end portion of the second plate-like bridge portion 130 and the corner portion of the weight body 150 are connected via the weight connection portion 140. In addition, since the root end portion of the first plate-like bridge portion 120 is fixed to the upper surface of the bottom plate 200 of the apparatus housing by the fixing portion plate-like member 110 functioning as a fixing portion, the first plate-like bridge portion. The portion 120, the second plate-like bridge portion 130, and the weight body 150 are suspended in a suspended state above the bottom plate 200 of the apparatus housing in a state where no external force is applied.

特に、図2に示す基本構造体100では、固定部が、x軸に平行な固定部用長手方向軸L0に沿って伸びる固定部用板状部材110によって構成され、この固定部用板状部材110の一端に第1の板状橋梁部120の根端部が固定されている。しかも、第1の板状橋梁部120は、y軸に平行な第1の長手方向軸Lyを中心軸としてy軸方向に伸びるように配置され、第2の板状橋梁部130は、x軸に平行な第2の長手方向軸Lxを中心軸としてx軸方向に伸びるように配置されている。このため、固定部用板状部材110、第1の板状橋梁部120および第2の板状橋梁部130によって構成される構造体が、xy平面上への投影像が「コ」の字状になるようなコの字状構造体をなし、このコの字状構造体によって囲まれた内部領域に板状の重錘体150が配置された構造になっている。   In particular, in the basic structure 100 shown in FIG. 2, the fixing portion is constituted by a fixing portion plate member 110 extending along the fixing portion longitudinal axis L <b> 0 parallel to the x axis, and this fixing portion plate member. A root end portion of the first plate-like bridge portion 120 is fixed to one end of the 110. Moreover, the first plate-like bridge portion 120 is disposed so as to extend in the y-axis direction with the first longitudinal axis Ly parallel to the y-axis as the central axis, and the second plate-like bridge portion 130 Are arranged so as to extend in the x-axis direction with a second longitudinal axis Lx parallel to the central axis as a central axis. For this reason, the structure constituted by the plate member 110 for the fixing portion, the first plate-like bridge portion 120, and the second plate-like bridge portion 130 has a “U” -shaped projection image on the xy plane. A U-shaped structure is formed, and a plate-like weight body 150 is arranged in an inner region surrounded by the U-shaped structure.

このような基本構造体100は、量産化に適した構造を有している。すなわち、図2(a) の平面図を見ればわかるとおり、この基本構造体100は、平面的には、矩形の板状部材に「コ」の字状の空隙部Vをエッチングなどによって形成し、全体的に渦巻き型の構造体を作成する工程により量産可能である。   Such a basic structure 100 has a structure suitable for mass production. That is, as can be seen from the plan view of FIG. 2 (a), the basic structure 100 is formed by forming a “U” -shaped void V in a rectangular plate member by etching or the like. It can be mass-produced by a process of creating a spiral structure as a whole.

たとえば、ここに示す実施例は、一辺5mm角のシリコン基板を用意し、0.3mm程度の幅をもった溝をエッチングにより形成することにより「コ」の字状の空隙部Vを形成し、0.5mm程度の幅をもった「コ」の字状の構造体により、固定部用板状部材110、第1の板状橋梁部120、中間接続部125、第2の板状橋梁部130、重錘接続部140を形成したものである。また、各部の厚みに関しては、第1の板状橋梁部120、中間接続部125、第2の板状橋梁部130、重錘接続部140、重錘体150については、厚みを0.5mmとし、固定部用板状部材110については、厚みを1mmとした。   For example, in the embodiment shown here, a silicon substrate having a side of 5 mm square is prepared, and a groove having a width of about 0.3 mm is formed by etching, thereby forming a “U” -shaped void V, A "U" -shaped structure having a width of about 0.5 mm is used to fix the plate member 110 for the fixing portion, the first plate-like bridge portion 120, the intermediate connection portion 125, and the second plate-like bridge portion 130. The weight connection part 140 is formed. Regarding the thickness of each part, the thickness of the first plate-like bridge portion 120, the intermediate connection portion 125, the second plate-like bridge portion 130, the weight connection portion 140, and the weight body 150 is set to 0.5 mm. The thickness of the fixed portion plate member 110 was 1 mm.

もちろん、各部の寸法は任意に設定することができる。要するに、第1の板状橋梁部120および第2の板状橋梁部130は、重錘体150がある程度の振幅をもって各座標軸方向に振動可能になるような可撓性を有する寸法に設定すればよく、重錘体150は、加速度や角速度の検出を行うために十分な質量を有する寸法に設定すればよく、固定部用板状部材110は、この基本構造体100全体を装置筐体の底板200に堅固に固着できる寸法に設定すればよい。   Of course, the dimension of each part can be set arbitrarily. In short, if the first plate-like bridge portion 120 and the second plate-like bridge portion 130 are set to dimensions having flexibility such that the weight body 150 can vibrate in the direction of each coordinate axis with a certain amplitude. The weight body 150 may be set to a size having a mass sufficient to detect acceleration and angular velocity, and the fixed member plate member 110 may be configured such that the entire basic structure 100 is the bottom plate of the apparatus housing. What is necessary is just to set to the dimension which can adhere to 200 firmly.

以上、図2を参照しながら、本発明に係る慣性センサに用いられる基本構造体100の構造を説明したが、要するに、この基本構造体100は、y軸に平行な第1の長手方向軸Lyを中心軸としてy軸方向に伸び、可撓性を有する第1の板状橋梁部120と、この第1の板状橋梁部120に直接もしくは間接的に接続され、x軸に平行な第2の長手方向軸Lxを中心軸としてx軸方向に伸び、可撓性を有する第2の板状橋梁部130と、この第2の板状橋梁部に直接もしくは間接的に接続された重錘体150と、を有していればよい。   The structure of the basic structure 100 used in the inertial sensor according to the present invention has been described above with reference to FIG. 2. In short, the basic structure 100 has a first longitudinal axis Ly that is parallel to the y axis. And a flexible first plate-like bridge portion 120 that extends in the y-axis direction and is connected directly or indirectly to the first plate-like bridge portion 120 and is parallel to the x-axis. A second plate-shaped bridge portion 130 that extends in the x-axis direction with the longitudinal axis Lx as a central axis and has flexibility, and a weight body connected directly or indirectly to the second plate-shaped bridge portion 150.

図2に示す例は、第1の板状橋梁部120の先端部と第2の板状橋梁部130の根端部とを中間接続部125を介して間接的に接続し、第2の板状橋梁部130の先端部と重錘体150とを重錘接続部140を介して間接的に接続した例であり、第1の板状橋梁部120と第2の板状橋梁部130とによってL字状構造体が形成されている。これらの各構成要素は、いずれも装置筐体内に収容されることになり、第1の板状橋梁部120の根端部は、固定部として機能する固定部用板状部材110によって装置筐体に固定される。このため、装置筐体に外力が作用すると、第1の板状橋梁部120および第2の板状橋梁部130の撓みにより、重錘体150が装置筐体内で変位を生じることになる。   In the example shown in FIG. 2, the tip of the first plate-like bridge portion 120 and the root end portion of the second plate-like bridge portion 130 are indirectly connected via the intermediate connection portion 125, and the second plate This is an example in which the tip of the bridge member 130 and the weight body 150 are indirectly connected via the weight connection portion 140, and the first plate-like bridge portion 120 and the second plate-like bridge portion 130 An L-shaped structure is formed. Each of these components is housed in the apparatus casing, and the root end portion of the first plate-like bridge 120 is fixed to the apparatus casing by the fixing portion plate member 110 that functions as a fixing section. Fixed to. For this reason, when an external force is applied to the apparatus housing, the weight 150 is displaced in the apparatus housing due to the bending of the first plate-like bridge portion 120 and the second plate-like bridge portion 130.

このような構造を図1に示す従来の慣性センサに用いられている基本構造体10の構造と比較すると、両者の相違が明確になる。すなわち、図1に示す基本構造体10では、重錘体13を周囲から可撓性をもったダイアフラム部12によって支持する構造が採用されているのに対して、図2に示す基本構造体100では、重錘体150を、可撓性をもった第1の板状橋梁部120および第2の板状橋梁部130を有するL字状構造体によって支持する構造が採用されている。   When such a structure is compared with the structure of the basic structure 10 used in the conventional inertial sensor shown in FIG. 1, the difference between the two becomes clear. That is, the basic structure 10 shown in FIG. 1 employs a structure in which the weight body 13 is supported from the periphery by the diaphragm portion 12 having flexibility, whereas the basic structure 100 shown in FIG. In this case, a structure is used in which the weight body 150 is supported by an L-shaped structure having a first plate-like bridge portion 120 and a second plate-like bridge portion 130 having flexibility.

このL字状構造体は、装置筐体の底板200に対して、その根端部(第1の板状橋梁部120の根端部)のみが固定され、ほぼ全体が底板200の上面から浮き上がった状態となっている。このため、この慣性センサの利用時に、装置筐体の底板200に何らかの要因で応力が加わったとしても、当該応力がL字状構造体に伝達されて検出結果に悪影響が及ぶことはほとんどない。すなわち、可撓性をもったL字状構造体によって重錘体150を支持する基本構造体100を採用すれば、利用環境によって検出結果に悪影響が及ぶことを防ぐことができる。   This L-shaped structure is fixed to the bottom plate 200 of the apparatus housing only at its root end (the root end of the first plate-like bridge 120), and almost entirely lifts from the top surface of the bottom plate 200. It is in the state. For this reason, even when stress is applied to the bottom plate 200 of the apparatus housing for some reason when using the inertial sensor, the stress is hardly transmitted to the L-shaped structure and the detection result is hardly adversely affected. That is, if the basic structure 100 that supports the weight body 150 by the L-shaped structure having flexibility is employed, it is possible to prevent the detection result from being adversely affected by the use environment.

<2−2. 本発明の特徴となる固有の素子配置>
もっとも、このように可撓性をもったL字状構造体によって重錘体を支持する構造自体は、たとえば、前掲の特許文献3等に開示されているように公知の技術である。ただ、これら従来技術として開示されているL字状構造体を採用する慣性センサは、いずれも図1に示すダイアフラム構造(あるいは、ビーム構造)を採用する慣性センサに比べて、検出感度が低下するという問題を抱えている。
<2-2. Unique Device Arrangement Characterizing the Present Invention>
However, the structure itself that supports the weight body by the L-shaped structure body having flexibility as described above is a known technique as disclosed in, for example, the above-mentioned Patent Document 3. However, any of the inertial sensors employing the L-shaped structure disclosed in the prior art has a lower detection sensitivity than the inertial sensor employing the diaphragm structure (or beam structure) shown in FIG. Have a problem.

たとえば、図1に示すダイアフラム構造を採用する慣性センサでは、重錘体13を周囲から支持するダイアフラム部12の各部の撓みに着目して、特定の座標軸方向に作用した力を最も効率的に検出可能な位置に、それぞれピエゾ抵抗素子20を配置することができる。図1(a) に示す12組のピエゾ抵抗素子20の配置は、このような効率的な検出を行うことが可能な配置になっており、ダイアフラム部12の上面に二次元的に分布する配置が採られている。   For example, in the inertial sensor employing the diaphragm structure shown in FIG. 1, focusing on the bending of each part of the diaphragm 12 that supports the weight body 13 from the periphery, the force acting in the specific coordinate axis direction is detected most efficiently. The piezoresistive element 20 can be arranged at each possible position. The arrangement of the twelve pairs of piezoresistive elements 20 shown in FIG. 1A is an arrangement capable of performing such efficient detection, and is an arrangement that is distributed two-dimensionally on the upper surface of the diaphragm section 12. Has been adopted.

これに対して、図2に示すL字状構造体を採用する慣性センサでは、このような二次元的に分布する素子配置を行うことはできず、L字状構造体に沿った所定箇所に素子を配置せざるを得ない。   On the other hand, in the inertial sensor employing the L-shaped structure shown in FIG. 2, such a two-dimensionally distributed element arrangement cannot be performed, and a predetermined location along the L-shaped structure is not provided. An element must be arranged.

図3は、図2に示す基本構造体100の装置筐体に対する固定状態を示す平面図である。図にハッチングを施して示す領域は、固定部用板状部材110の占有領域を示しており、装置筐体の底板200の上面には、このハッチング領域が接着剤などによって固定される。ハッチングが施されていない白い領域は、底板200の上方に浮いた状態になっており、外力の作用により変位を生じる領域である。   FIG. 3 is a plan view showing a state in which the basic structure 100 shown in FIG. 2 is fixed to the apparatus housing. A hatched area in the figure indicates an occupied area of the fixing member plate member 110, and the hatched area is fixed to the upper surface of the bottom plate 200 of the apparatus housing with an adhesive or the like. The white area | region which is not hatched is the state which floated above the baseplate 200, and is an area | region which produces a displacement by the effect | action of an external force.

ここで、重錘体150は、平板状の塊を構成しており、外力の作用があってもほとんど撓みが生じることはない。したがって、素子を配置する箇所は、第1の板状橋梁部120、中間接続部125、第2の板状橋梁部130、重錘接続部140のいずれかに限定される。しかもこれらの各部に生じる撓みは、ダイアフラムの各部に生じる撓みほど自由度はなく、また、変位量も小さい。このような事情から、L字状構造体を採用する慣性センサは、ダイアフラム構造を採用する慣性センサに比べて検出感度が低下することは否めない。   Here, the weight body 150 constitutes a plate-shaped lump, and hardly bends even if an external force acts. Therefore, the place where the element is arranged is limited to any one of the first plate-like bridge portion 120, the intermediate connection portion 125, the second plate-like bridge portion 130, and the weight connection portion 140. In addition, the bending that occurs in each of these parts is not as flexible as the bending that occurs in each part of the diaphragm, and the amount of displacement is also small. Under such circumstances, it cannot be denied that the inertial sensor employing the L-shaped structure has a lower detection sensitivity than the inertial sensor employing the diaphragm structure.

本願発明者は、このような事情を鑑みて、このL字状構造体を有する基本構造体100について、重錘体150にx軸,y軸,z軸方向の力が作用したときに、どのような応力分布が生じるかを解析する実験を、コンピュータを用いた構造力学上のシミュレーションにより行った(詳細な実験結果については、後の§7−3において、図37〜図39の応力分布図を参照しながら詳述する)。そして、この実験結果を検討することにより、図4に示すような固有の素子配置を行うと、L字状構造体を採用した慣性センサにおいても、効果的な検出が可能になり、実用上十分な検出感度が得られることが確認できた。以下、この固有の素子配置を説明する。   In view of such circumstances, the inventor of the present application determines which of the basic structure 100 having the L-shaped structure when force in the x-axis, y-axis, and z-axis directions is applied to the weight body 150. An experiment for analyzing whether such a stress distribution occurs was performed by a simulation on structural mechanics using a computer (detailed experimental results are shown in stress distribution diagrams of FIGS. 37 to 39 in §7-3 later). Will be described in detail with reference to FIG. Then, by examining this experimental result, when an inherent element arrangement as shown in FIG. 4 is performed, effective detection is possible even in an inertial sensor employing an L-shaped structure, which is practically sufficient. It was confirmed that a good detection sensitivity was obtained. Hereinafter, this unique element arrangement will be described.

なお、本発明に係る慣性センサは、加速度センサと角速度センサとを含むものである。ここで、加速度センサの場合、基本構造体100の所定箇所に配置する素子は、当該所定箇所に加わった応力を歪みや変位として検出することが可能な検出素子ということになるが、角速度センサの場合、重錘体を振動させた状態で検出を行う必要があるため、検出素子だけではなく、所定箇所に所定方向の応力を作用させる駆動素子も必要になる。したがって、以下に示す固有の素子配置は、加速度センサの場合は検出素子の配置を示し、角速度センサの場合は検出素子と駆動素子の配置を示すものになる。本願では、便宜上、検出素子と駆動素子との双方を含めた概念として「動作用素子」(慣性センサの動作に用いる素子の意)という文言を用いることにする。   The inertial sensor according to the present invention includes an acceleration sensor and an angular velocity sensor. Here, in the case of an acceleration sensor, an element disposed at a predetermined position of the basic structure 100 is a detection element that can detect stress applied to the predetermined position as distortion or displacement. In this case, since it is necessary to perform detection in a state where the weight body is vibrated, not only the detection element but also a driving element that applies a stress in a predetermined direction to a predetermined location is required. Therefore, the following specific element arrangement indicates the arrangement of the detection element in the case of the acceleration sensor, and indicates the arrangement of the detection element and the drive element in the case of the angular velocity sensor. In this application, for convenience, the term “operation element” (meaning an element used for the operation of the inertial sensor) is used as a concept including both the detection element and the drive element.

図4は、図2に示す基本構造体100上に定義された12組の参照領域R1〜R12を示す平面図である。図におけるハッチングは、各参照領域の配置を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない。個々の参照領域R1〜R12は、動作用素子を配置する領域であり、ここで述べる基本的な実施形態に係る慣性センサは、これら12組の参照領域R1〜R12のそれぞれに、少なくとも1つの動作用素子を配置することによって構成される。   FIG. 4 is a plan view showing 12 sets of reference regions R1 to R12 defined on the basic structure 100 shown in FIG. The hatching in the figure is given to clearly show the arrangement of each reference region, and does not show a cross section. The individual reference regions R1 to R12 are regions in which operation elements are arranged, and the inertial sensor according to the basic embodiment described here has at least one operation in each of these 12 sets of reference regions R1 to R12. It is comprised by arranging the element for operation.

図4に示す12組の参照領域は、第1の板状橋梁部120の根端部近傍の表面に定義された第1の参照領域R1、第2の参照領域R2、第3の参照領域R3、第1の板状橋梁部120の先端部近傍の表面に定義された第4の参照領域R4、第5の参照領域R5、第6の参照領域R6、第2の板状橋梁部130の根端部近傍の表面に定義された第7の参照領域R7、第8の参照領域R8、第9の参照領域R9、第2の板状橋梁部130の先端部近傍の表面に定義された第10の参照領域R10、第11の参照領域R11、第12の参照領域R12の4群によって構成される。   The twelve sets of reference regions shown in FIG. 4 are a first reference region R1, a second reference region R2, and a third reference region R3 defined on the surface in the vicinity of the root end portion of the first plate-like bridge portion 120. , The fourth reference region R4, the fifth reference region R5, the sixth reference region R6, and the root of the second plate-like bridge portion 130 defined on the surface in the vicinity of the tip of the first plate-like bridge portion 120. The seventh reference region R7, the eighth reference region R8, the ninth reference region R9 defined on the surface in the vicinity of the end, and the tenth defined on the surface in the vicinity of the tip of the second plate-like bridge portion 130. Of the reference region R10, the eleventh reference region R11, and the twelfth reference region R12.

したがって、本発明に係る慣性センサに用いられる動作用素子群は、第1の板状橋梁部120の根端部近傍に配置された第1の根端部側素子群と、第1の板状橋梁部120の先端部近傍に配置された第1の先端部側素子群と、第2の板状橋梁部130の根端部近傍に配置された第2の根端部側素子群と、第2の板状橋梁部130の先端部近傍に配置された第2の先端部側素子群と、を有していることになる。   Therefore, the operating element group used in the inertial sensor according to the present invention includes the first root end side element group disposed in the vicinity of the root end portion of the first plate-like bridge portion 120, and the first plate-like element group. A first tip end side element group disposed in the vicinity of the tip end portion of the bridge portion 120; a second root end side element group disposed in the vicinity of the root end portion of the second plate-like bridge portion 130; And a second tip side element group disposed in the vicinity of the tip of the two plate-like bridge portions 130.

これら12組の参照領域R1〜R12の配置を更に詳細に説明するため、ここでは、各参照領域をxy平面上に正射影投影した投影像と、第1の長手方向軸Lyおよび第2の長手方向軸Lxをxy平面上に正射影投影した投影像との位置関係を考えてみる。   In order to describe the arrangement of these 12 sets of reference regions R1 to R12 in more detail, here, a projection image obtained by orthogonal projection of each reference region on the xy plane, the first longitudinal axis Ly and the second longitudinal axis Consider a positional relationship with a projection image obtained by orthogonally projecting the direction axis Lx on the xy plane.

このとき、L字状構造体の屈曲構造を考慮して、第1の板状橋梁部120および第2の板状橋梁部130に内側と外側とを定義することにする。すなわち、図4において、第1の板状橋梁部120の第1の長手方向軸Lyよりも下方に位置する部分および第2の板状橋梁部130の第2の長手方向軸Lxよりも右方に位置する部分は、L字状構造体の屈曲構造における外側を構成する部分に対応する。同様に、図4において、第1の板状橋梁部120の第1の長手方向軸Lyよりも上方に位置する部分および第2の板状橋梁部130の第2の長手方向軸Lxよりも左方に位置する部分は、L字状構造体の屈曲構造における内側を構成する部分に対応する。したがって、図示の例の場合、第1の板状橋梁部120に関しては、図の下方を外側、上方を内側と呼び、第2の板状橋梁部130に関しては、図の右方を外側、左方を内側と呼ぶことにする。   At this time, in consideration of the bending structure of the L-shaped structure, the inside and outside of the first plate-like bridge portion 120 and the second plate-like bridge portion 130 are defined. That is, in FIG. 4, the portion located below the first longitudinal axis Ly of the first plate-like bridge portion 120 and the right side of the second longitudinal axis Lx of the second plate-like bridge portion 130. The part located at corresponds to the part constituting the outside in the bent structure of the L-shaped structure. Similarly, in FIG. 4, the portion located above the first longitudinal axis Ly of the first plate-like bridge portion 120 and the left side of the second longitudinal axis Lx of the second plate-like bridge portion 130. The part located in the direction corresponds to the part constituting the inner side in the bent structure of the L-shaped structure. Therefore, in the case of the illustrated example, with respect to the first plate-like bridge portion 120, the lower side of the drawing is referred to as the outer side, and the upper side is referred to as the inner side. Will be called the inside.

そうすると、まず、第2の参照領域R2および第5の参照領域R5は、xy平面への正射影投影像が第1の長手方向軸Lyの投影像上に位置するようにそれぞれ定義されており、第8の参照領域R8および第11の参照領域R11は、xy平面への正射影投影像が第2の長手方向軸Lxの投影像上に位置するようにそれぞれ定義されている。ここでは、これら中心軸上に配置された4組の参照領域R2,R5,R8,R11を、中央配置領域と呼び、その他の8組の参照領域R1,R3,R4,R6,R7,R9,R10,R12を脇侍配置領域と呼ぶことにする。各脇侍配置領域は、所定の中央配置領域の両脇に配置されている。   Then, first, the second reference region R2 and the fifth reference region R5 are respectively defined so that the orthogonal projection image on the xy plane is located on the projection image of the first longitudinal axis Ly, The eighth reference region R8 and the eleventh reference region R11 are defined so that the orthogonal projection image on the xy plane is positioned on the projection image of the second longitudinal axis Lx. Here, the four sets of reference regions R2, R5, R8, and R11 arranged on the central axis are referred to as a center arrangement region, and the other eight sets of reference regions R1, R3, R4, R6, R7, R9, R10 and R12 will be referred to as armpit arrangement regions. Each armpit arrangement area is arranged on both sides of a predetermined center arrangement area.

すなわち、第1の参照領域R1は、xy平面への正射影投影像が第2の参照領域R2の投影像の内側に隣接する位置に定義され、第3の参照領域R3は、xy平面への正射影投影像が第2の参照領域R2の投影像の外側に隣接する位置に定義されており、第4の参照領域R4は、xy平面への正射影投影像が第5の参照領域R5の投影像の内側に隣接する位置に定義され、第6の参照領域R6は、xy平面への正射影投影像が第5の参照領域R5の投影像の外側に隣接する位置に定義されている。   That is, the first reference region R1 is defined at a position where the orthogonal projection image onto the xy plane is adjacent to the inside of the projection image of the second reference region R2, and the third reference region R3 is defined on the xy plane. The orthographic projection image is defined at a position adjacent to the outside of the projection image of the second reference region R2, and the fourth reference region R4 has an orthographic projection image on the xy plane of the fifth reference region R5. The sixth reference region R6 is defined at a position adjacent to the outside of the projection image of the fifth reference region R5. The sixth reference region R6 is defined at a position adjacent to the inside of the projection image.

同様に、第7の参照領域R7は、xy平面への正射影投影像が第8の参照領域R8の投影像の内側に隣接する位置に定義され、第9の参照領域R9は、xy平面への正射影投影像が第8の参照領域R8の投影像の外側に隣接する位置に定義されており、第10の参照領域R10は、xy平面への正射影投影像が第11の参照領域R11の投影像の内側に隣接する位置に定義され、第12の参照領域R12は、xy平面への正射影投影像が第11の参照領域R11の投影像の外側に隣接する位置に定義されている。   Similarly, the seventh reference region R7 is defined at a position where the orthogonal projection image onto the xy plane is adjacent to the inside of the projection image of the eighth reference region R8, and the ninth reference region R9 is directed to the xy plane. Is defined at a position adjacent to the outside of the projection image of the eighth reference region R8. The tenth reference region R10 has an orthographic projection image on the xy plane that is the eleventh reference region R11. The twelfth reference region R12 is defined at a position where the orthogonal projection image onto the xy plane is adjacent to the outside of the projection image of the eleventh reference region R11. .

なお、図4に示す例は、12組の参照領域R1〜R12を、すべて第1の板状橋梁部120もしくは第2の板状橋梁部130の上面(図4に示されている面)に定義した例であるが、8組の脇侍配置領域R1,R3,R4,R6,R7,R9,R10,R12については、上述した位置関係を維持している限り、必ずしも板状橋梁部の上面に定義する必要はなく、板状橋梁部の側面に定義してもよいし、上面から側面に至る折れ曲がった連続領域として定義してもかまわない。   In the example shown in FIG. 4, the 12 sets of reference regions R1 to R12 are all on the upper surface (the surface shown in FIG. 4) of the first plate-like bridge portion 120 or the second plate-like bridge portion 130. In the defined example, the eight armpit arrangement regions R1, R3, R4, R6, R7, R9, R10, and R12 are not necessarily the upper surface of the plate-like bridge portion as long as the positional relationship described above is maintained. However, it may be defined on the side surface of the plate-like bridge portion, or may be defined as a continuous region bent from the upper surface to the side surface.

また、図4に示す参照領域R1〜R12は、長手方向軸LyもしくはLxに沿って伸びる細長い領域になっているが、これは後述するように、これら各参照領域R1〜R12内に配置される動作用素子が、当該長手方向軸に沿った方向に作用した応力を検出する検出素子、もしくは、当該長手方向軸に沿った方向に応力を作用させる駆動素子によって構成されるためである。   Further, the reference regions R1 to R12 shown in FIG. 4 are elongated regions extending along the longitudinal axis Ly or Lx, and are arranged in these reference regions R1 to R12 as will be described later. This is because the operation element is configured by a detection element that detects a stress acting in a direction along the longitudinal axis, or a drive element that applies a stress in a direction along the longitudinal axis.

更に、図4に示す参照領域R1〜R12の配置は、長手方向軸LyもしくはLxに関して対称性を維持している。これは、各参照領域R1〜R12内に配置される動作用素子群の配置パターンに対称性をもたせることにより、後述する検出回路の構成を単純化させるための配慮である。   Furthermore, the arrangement of the reference regions R1 to R12 shown in FIG. 4 maintains symmetry with respect to the longitudinal axis Ly or Lx. This is a consideration for simplifying the configuration of the detection circuit described later by providing symmetry to the arrangement pattern of the operating element groups arranged in each of the reference regions R1 to R12.

すなわち、第1の板状橋梁部120上の6組の参照領域R1〜R6は、そのxy平面への正射影投影像が、第1の長手方向軸Lyの投影像に関して線対称となるパターンを構成しているが、これは第1の板状橋梁部120に配置された動作用素子群のxy平面への正射影投影像のパターンが、第1の長手方向軸Lyの投影像に関して線対称となるようにするための配慮である。   That is, the six sets of reference regions R1 to R6 on the first plate-like bridge portion 120 have a pattern in which the orthogonal projection image on the xy plane is line symmetric with respect to the projection image of the first longitudinal axis Ly. The pattern of the orthogonal projection image on the xy plane of the operating element group arranged in the first plate-like bridge portion 120 is line-symmetric with respect to the projection image of the first longitudinal axis Ly. It is consideration to make it become.

同様に、第2の板状橋梁部130上の6組の参照領域R7〜R12は、そのxy平面への正射影投影像が、第2の長手方向軸Lxの投影像に関して線対称となるパターンを構成しているが、これは第2の板状橋梁部130に配置された動作用素子群のxy平面への正射影投影像のパターンが、第2の長手方向軸Lxの投影像に関して線対称となるようにするための配慮である。   Similarly, in the six sets of reference regions R7 to R12 on the second plate-shaped bridge portion 130, a pattern in which an orthogonal projection image on the xy plane is axisymmetric with respect to a projection image of the second longitudinal axis Lx. This is because the pattern of the orthographic projection image on the xy plane of the operating element group arranged in the second plate-like bridge portion 130 is a line with respect to the projection image of the second longitudinal axis Lx. It is a consideration to make it symmetrical.

<2−3. 固有の素子配置の技術的意義>
本発明に係る慣性センサは、xyz三次元座標系における所定の座標軸方向に作用した加速度もしくは所定の座標軸まわりに作用した角速度を検出するセンサである。そのため、第1の板状橋梁部120の所定箇所および第2の板状橋梁部130の所定箇所には動作用素子群が配置され、後述するように、これら動作用素子群を用いて、作用した加速度もしくは角速度を検出する検出回路が付加される。
<2-3. Technical significance of unique element placement>
The inertial sensor according to the present invention is a sensor that detects an acceleration acting in a predetermined coordinate axis direction or an angular velocity acting around a predetermined coordinate axis in an xyz three-dimensional coordinate system. Therefore, operation element groups are arranged at predetermined positions of the first plate-like bridge portion 120 and predetermined positions of the second plate-like bridge portion 130. As will be described later, these operation element groups are used to act. A detection circuit for detecting the acceleration or angular velocity is added.

既に述べたとおり、動作用素子群を構成する個々の検出素子および駆動素子は、図4に示すような参照領域R1〜R12のいずれかに配置されることになる。そこで、ここでは、この12組の参照領域R1〜R12に動作用素子群を配置する技術的な意義を説明する。   As already described, the individual detection elements and driving elements constituting the operation element group are arranged in any one of the reference regions R1 to R12 as shown in FIG. Therefore, here, the technical significance of arranging the operating element groups in the 12 sets of reference regions R1 to R12 will be described.

この12組の参照領域R1〜R12の配置の第1の特徴は、各領域が、板状橋梁部120,130の根端部もしくは先端部に配置されている点である。これらの部分は、重錘体150が変位を生じた場合に、特に応力が集中する領域になっている(詳細は、後述する図37〜図39の応力分布図を参照した説明を参照)。このため、これら参照領域R1〜R12内に動作用素子群を配置すれば、極めて効率的な検出動作や駆動動作が可能になる。   The first feature of the arrangement of the 12 sets of reference regions R1 to R12 is that each region is arranged at the root end portion or the tip end portion of the plate-like bridge portions 120 and 130. These portions are regions where stress is particularly concentrated when the weight body 150 is displaced (for details, see the description with reference to stress distribution diagrams of FIGS. 37 to 39 described later). For this reason, if an operation element group is arranged in these reference regions R1 to R12, extremely efficient detection operation and drive operation can be performed.

そして、この12組の参照領域R1〜R12の配置の第2の特徴は、重錘体150に対して、xyz三次元座標系における特定の座標軸方向の外力が作用した場合に、個々の参照領域についてそれぞれ選択的に固有の応力が生じる点である。これを個々の事例に即して説明しよう。   The second feature of the arrangement of the 12 sets of reference regions R1 to R12 is that when an external force in a specific coordinate axis direction in the xyz three-dimensional coordinate system acts on the weight 150, each reference region This is a point where a specific stress is selectively generated. I will explain this in the case of individual cases.

図5は、図4に示す基本構造体100の重錘体150がx軸正方向の変位Δx(+)を生じたときの各参照領域R1〜R12内の部分の伸縮状態を示す平面図である。同様に、図6は、y軸正方向の変位Δy(+)を生じたときの伸縮状態を示す平面図、図7は、z軸正方向の変位Δz(+)を生じたときの伸縮状態を示す平面図である。このような変位は、重錘体150に対して各座標軸の正方向の加速度が作用したときに生じることになり、当該変位により、各板状橋梁部120,130は撓みを生じて、基本構造体100は変形する。ただ、図5〜図7では、図示の便宜上、基本構造体100の変位状態の描写は省略し、各参照領域R1〜R12の伸縮状態を矢印で示す(両端に矢が付された矢印は伸びる状態、互いに向かい合う一対の矢印は縮む状態を示している)。   FIG. 5 is a plan view showing a stretched state of a portion in each of the reference regions R1 to R12 when the weight body 150 of the basic structure 100 shown in FIG. 4 generates a displacement Δx (+) in the x-axis positive direction. is there. Similarly, FIG. 6 is a plan view showing a stretched state when a displacement Δy (+) in the y-axis positive direction is generated, and FIG. 7 is a stretched state when a displacement Δz (+) in the z-axis positive direction is generated. FIG. Such a displacement occurs when acceleration in the positive direction of each coordinate axis acts on the weight body 150, and due to the displacement, each of the plate-like bridge portions 120, 130 bends, and the basic structure The body 100 deforms. However, in FIG. 5 to FIG. 7, for convenience of illustration, depiction of the displacement state of the basic structure 100 is omitted, and the expansion and contraction states of the reference regions R1 to R12 are indicated by arrows (the arrows with arrows at both ends extend). State, a pair of arrows facing each other indicates a contracted state).

重錘体150がx軸正方向の変位Δx(+)を生じた場合、図5に示すとおり、L字状構造体の外側に配置された参照領域R6,R9,R12には、いずれも長手方向に伸びる応力(引張応力)が作用するが、参照領域R3には、長手方向に縮む応力(圧縮応力)が作用する。一方、L字状構造体の内側に配置された参照領域R4,R7,R10には、いずれも長手方向に縮む応力が作用するが、参照領域R1には、長手方向に伸びる応力が作用する。   When the weight body 150 is displaced in the positive x-axis direction Δx (+), the reference regions R6, R9, and R12 arranged outside the L-shaped structure are all long as shown in FIG. Although stress extending in the direction (tensile stress) acts on the reference region R3, stress contracting in the longitudinal direction (compressive stress) acts on the reference region R3. On the other hand, stress that contracts in the longitudinal direction acts on the reference regions R4, R7, and R10 disposed inside the L-shaped structure, but stress that extends in the longitudinal direction acts on the reference region R1.

参照領域R3は、L字状構造体の外側に位置しているにもかかわらず、他の外側に位置する参照領域R6,R9,R12とは伸縮状態が逆転しており、参照領域R1は、L字状構造体の内側に位置しているにもかかわらず、他の内側に位置する参照領域R4,R7,R10とは伸縮状態が逆転している。このように、第1の板状橋梁部120の根端部おいて伸縮逆転が生じる理由を説明するには、複雑な理論展開が必要になるため、ここでは説明を省略するが、本願発明者は、コンピュータを用いた構造力学上のシミュレーションを実行することにより、図示のような伸縮応力が発生することを確認している(後述する図37参照)。   Although the reference region R3 is located outside the L-shaped structure, the reference region R6 is reversely expanded and contracted with the other reference regions R6, R9, and R12. Despite being located inside the L-shaped structure, the stretched state is reversed from the reference regions R4, R7, R10 located inside the other. Thus, in order to explain the reason why expansion / conversion inversion occurs at the root end portion of the first plate-like bridge portion 120, a complicated theoretical development is required, and thus the explanation is omitted here. Has confirmed that the stretching stress shown in the figure is generated by executing a structural mechanics simulation using a computer (see FIG. 37 described later).

なお、中心線となる各長手方向軸Lx,Ly上に配置された4組の中央配置領域R2,R5,R8,R11については、中心線で分割された右半分と左半分とでわずかな逆の応力が作用することになるので、全体としては応力が均衡して伸縮は生じないものと考えることができる。   For the four central arrangement regions R2, R5, R8, and R11 arranged on the longitudinal axes Lx and Ly serving as the center lines, the right half and the left half divided by the center lines are slightly reversed. Therefore, it can be considered that the stress is balanced as a whole and expansion and contraction does not occur.

図5は、x軸正方向の変位Δx(+)が生じたときの状態であるが、x軸負方向の変位Δx(−)が生じたときときは、重錘体150は逆方向に変位することになり、各部の伸縮状態は図5に示す状態を反転したものになる。   FIG. 5 shows a state when the displacement Δx (+) in the x-axis positive direction occurs. When the displacement Δx (−) in the negative x-axis direction occurs, the weight body 150 is displaced in the reverse direction. Thus, the stretched state of each part is the reverse of the state shown in FIG.

一方、重錘体150がy軸正方向の変位Δy(+)を生じた場合、図6に示すとおり、L字状構造体の外側に配置された参照領域R3,R6,R9には、いずれも長手方向に縮む応力が作用するが、参照領域R12には、長手方向に伸びる応力が作用する。また、L字状構造体の内側に配置された参照領域R1,R4,R7には、いずれも長手方向に伸びる応力が作用するが、参照領域R10には、長手方向に縮む応力が作用する。   On the other hand, when the weight body 150 is displaced in the y-axis positive direction Δy (+), as shown in FIG. 6, the reference regions R3, R6, and R9 arranged outside the L-shaped structure Although stress contracting in the longitudinal direction also acts, stress extending in the longitudinal direction acts on the reference region R12. In addition, stress that extends in the longitudinal direction acts on the reference regions R1, R4, and R7 arranged inside the L-shaped structure, but stress that contracts in the longitudinal direction acts on the reference region R10.

参照領域R12は、L字状構造体の外側に位置しているにもかかわらず、他の外側に位置する参照領域R3,R6,R9とは伸縮状態が逆転しており、参照領域R10は、L字状構造体の内側に位置しているにもかかわらず、他の内側に位置する参照領域R1,R4,R7とは伸縮状態が逆転している。このように、第2の板状橋梁部130の先端部おいて伸縮逆転が生じる理由を説明するには、複雑な理論展開が必要になるため、ここでは説明を省略するが、本願発明者は、コンピュータを用いた構造力学上のシミュレーションを実行することにより、図示のような伸縮応力が発生することを確認している(後述する図38参照)。   Although the reference region R12 is positioned outside the L-shaped structure, the reference region R10 is reversely expanded and contracted with the other reference regions R3, R6, and R9. Despite being located inside the L-shaped structure, the stretched state is reversed from the reference regions R1, R4, R7 located inside the other. Thus, in order to explain the reason why the expansion and contraction inversion occurs at the tip of the second plate-like bridge portion 130, a complicated theoretical development is required, so the explanation is omitted here. It has been confirmed that a stretching stress as shown in the figure is generated by executing a structural mechanics simulation using a computer (see FIG. 38 described later).

この場合も、中心線となる各長手方向軸Lx,Ly上に配置された4組の中央配置領域R2,R5,R8,R11については、中心線で分割された右半分と左半分とでわずかな逆の応力が作用することになるので、全体としては応力が均衡して伸縮は生じないものと考えることができる。   Also in this case, the four central arrangement regions R2, R5, R8, and R11 arranged on the longitudinal axes Lx and Ly serving as the center lines are slightly in the right half and the left half divided by the center line. Therefore, it can be considered that the stress is balanced as a whole and expansion and contraction does not occur.

図6は、y軸正方向の変位Δy(+)が生じたときの状態であるが、y軸負方向の変位Δy(−)が生じたときときは、重錘体150は逆方向に変位することになり、各部の伸縮状態は図6に示す状態を反転したものになる。   FIG. 6 shows a state when a displacement Δy (+) in the y-axis positive direction occurs. When a displacement Δy (−) in the y-axis negative direction occurs, the weight body 150 is displaced in the reverse direction. Therefore, the stretched state of each part is the reverse of the state shown in FIG.

最後に、重錘体150がz軸正方向(図の紙面垂直上方)の変位Δz(+)を生じた場合は、図7に示すとおり、第1の板状橋梁部120の根端部近傍の参照領域R1,R2,R3および第2の板状橋梁部130の根端部近傍の参照領域R7,R8,R9には、長手方向に縮む応力が作用するが、第1の板状橋梁部120の先端部近傍の参照領域R4,R5,R6および第2の板状橋梁部130の先端部近傍の参照領域R10,R11,R12には、長手方向に伸びる応力が作用する。このような応力が作用する理由についての詳細な説明は省略するが、本願発明者は、コンピュータを用いた構造力学上のシミュレーションを実行することにより、図示のような伸縮応力が発生することを確認している(後述する図39参照)。   Finally, in the case where the weight body 150 has a displacement Δz (+) in the positive z-axis direction (vertical upper direction in the drawing), as shown in FIG. 7, the vicinity of the root end portion of the first plate-like bridge portion 120 In the reference regions R1, R2, R3 and the reference regions R7, R8, R9 in the vicinity of the root end portion of the second plate-like bridge portion 130, stress contracting in the longitudinal direction acts, but the first plate-like bridge portion Stress extending in the longitudinal direction acts on the reference regions R4, R5, R6 near the front end portion of 120 and the reference regions R10, R11, R12 near the front end portion of the second plate-like bridge portion 130. Although the detailed explanation about the reason why such stress acts is omitted, the present inventor confirmed that the stretching stress as shown in the figure is generated by executing a structural mechanical simulation using a computer. (See FIG. 39 described later).

図7は、z軸正方向の変位Δz(+)が生じたときの状態であるが、z軸負方向の変位Δz(−)が生じたときときは、重錘体150は逆方向に変位することになり、各部の伸縮状態は図7に示す状態を反転したものになる。   FIG. 7 shows the state when the displacement Δz (+) in the positive z-axis direction is generated. When the displacement Δz (−) in the negative z-axis direction is generated, the weight body 150 is displaced in the reverse direction. Therefore, the stretched state of each part is the reverse of the state shown in FIG.

図8は、図5〜図7に示す伸縮状態をまとめて示す一覧表であり、符号+は長手方向に伸びる応力が作用する状態、符号−は長手方向に縮む応力が作用する状態、符号0は有意な伸縮が生じない状態を示す。たとえば、図8の一覧表における第1行目の「変位Δx(+)」の各欄の結果は、図5に示す伸縮分布において、伸びる部分の参照領域欄に「+」、縮む部分の参照領域欄に「−」、全体としては伸縮が生じない部分の参照領域欄に「0」を記したものである。同様に、第2行目の「変位Δy(+)」の各欄の結果は、図6に示す伸縮分布に応じたものになっており、第3行目の「変位Δz(+)」の各欄の結果は、図7に示す伸縮分布に応じたものになっている。   FIG. 8 is a table that collectively shows the stretched states shown in FIGS. 5 to 7, where the symbol + is a state in which a stress that extends in the longitudinal direction acts, the symbol − is a state in which a stress that contracts in the longitudinal direction acts, and a symbol 0. Indicates a state in which no significant stretching occurs. For example, the result of each column of “displacement Δx (+)” on the first line in the list of FIG. 8 is “+” in the reference area column of the extending part in the expansion / contraction distribution shown in FIG. "-" Is written in the area column, and "0" is written in the reference area column of the portion where expansion and contraction does not occur as a whole. Similarly, the result of each column of “displacement Δy (+)” in the second row corresponds to the expansion / contraction distribution shown in FIG. 6, and the result of “displacement Δz (+)” in the third row. The results in each column correspond to the stretch distribution shown in FIG.

このように、重錘体150がx軸,y軸,z軸方向に変位を生じたときに、12組の参照領域R1〜R12にそれぞれ固有の伸縮応力が加わることは、加速度や角速度の各座標軸成分を独立して検出する上では非常に重要である。本発明において、参照領域R1〜R12が上述したような固有の配置をとっている技術的な意義は、図8の一覧表に示すように、重錘体150がx軸,y軸,z軸方向に変位を生じたときに、それぞれの参照領域に選択的に固有の伸縮応力が加わる点にある。   As described above, when the weight body 150 is displaced in the x-axis, y-axis, and z-axis directions, inherent stretching stress is applied to the 12 sets of reference regions R1 to R12, respectively. This is very important in independently detecting the coordinate axis components. In the present invention, the technical significance that the reference regions R1 to R12 have the unique arrangement as described above is that the weight body 150 has an x-axis, a y-axis, and a z-axis as shown in the list of FIG. When the displacement occurs in the direction, a specific stretching stress is selectively applied to each reference region.

§3以降で述べるように、検出素子としてピエゾ抵抗素子を用いた場合は、伸縮応力を電気抵抗の増減として電気的に検出することができ、検出素子として圧電素子を用いた場合は、伸縮応力を正もしくは負の発生電荷量として検出することができる。また、駆動素子として圧電素子を用いた場合は、交流駆動信号を供給することにより、各部に伸縮応力を発生させることができる。   As described in §3 and later, when a piezoresistive element is used as the detection element, the expansion / contraction stress can be electrically detected as an increase / decrease in electrical resistance, and when a piezoelectric element is used as the detection element, the expansion / contraction stress is detected. Can be detected as a positive or negative generated charge amount. In addition, when a piezoelectric element is used as the drive element, it is possible to generate stretching stress in each part by supplying an AC drive signal.

そこで、図8の一覧表に示す挙動を考慮して、各動作用素子を適宜組み合わせて動作する検出回路を設けておけば、作用した加速度の各座標軸方向成分を効率的に検出し、また、作用した角速度の各座標軸まわり成分を効率的に検出することが可能になる。具体的な検出方法については、§3以降で詳述する。   Therefore, in consideration of the behavior shown in the list of FIG. 8, if a detection circuit that operates by appropriately combining each operation element is provided, each coordinate axis direction component of the applied acceleration is efficiently detected, It becomes possible to efficiently detect the component around each coordinate axis of the applied angular velocity. A specific detection method will be described in detail in §3 and later.

<<< §3. ピエゾ抵抗素子を用いた加速度センサ >>>
§2で述べた基本構造体100を利用して加速度センサを構成するには、動作用素子群を構成する個々の素子を、各配置位置における板状橋梁部120,130の長手方向に作用した応力を電気的に検出する検出素子によって構成し、これら各検出素子の検出結果に基づいて、所定の座標軸方向に作用した加速度を検出する検出回路を用意すればよい。ここでは、動作用素子群として、ピエゾ抵抗素子を用いることにより加速度センサを構成した実施形態を説明する。
<<< §3. Accelerometer using piezoresistive element >>
In order to configure an acceleration sensor using the basic structure 100 described in §2, the individual elements constituting the operation element group acted in the longitudinal direction of the plate-like bridge portions 120 and 130 at the respective arrangement positions. What is necessary is just to prepare the detection circuit which comprises the detection element which detects a stress electrically, and detects the acceleration which acted on the predetermined coordinate-axis direction based on the detection result of each of these detection elements. Here, an embodiment in which an acceleration sensor is configured by using a piezoresistive element as the operating element group will be described.

図9(a) は、このような加速度センサに係る実施形態の基本構造体100を示す平面図であり、図面としては、図4に示す基本構造体100の平面図と同じものである。ただ、図4に示す12組の参照領域R1〜R12が、図9(a) では、12組のピエゾ抵抗素子301〜312に置き換わっている。なお、図9(a) におけるハッチングは、各ピエゾ抵抗素子301〜312の配置を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない。   FIG. 9A is a plan view showing the basic structure 100 of the embodiment according to such an acceleration sensor, and the drawing is the same as the plan view of the basic structure 100 shown in FIG. However, 12 sets of reference regions R1 to R12 shown in FIG. 4 are replaced with 12 sets of piezoresistive elements 301 to 312 in FIG. 9A. The hatching in FIG. 9A is given to clearly show the arrangement of the piezoresistive elements 301 to 312 and does not show a cross section.

要するに、図9(a) に示す加速度センサの基本構造体100は、図4に示す基本構造体100における各参照領域R1〜R12の位置に、それぞれピエゾ抵抗素子301〜312を埋め込んだものということになる。各ピエゾ抵抗素子の符号301〜312の下位2桁の数字1〜12は、各参照領域の符号R1〜R12の数字部分に対応している。   In short, the basic structure 100 of the acceleration sensor shown in FIG. 9A is obtained by embedding the piezoresistive elements 301 to 312 at the positions of the reference regions R1 to R12 in the basic structure 100 shown in FIG. become. The lower two digits 1 to 12 of the reference numerals 301 to 312 of the piezoresistive elements correspond to the reference numerals R1 to R12 of the reference regions.

なお、本願では、各参照領域R1〜R12に配置された個々の動作用素子を、各参照領域の符号R1〜R12の数字部分を引用して、第1属性素子〜第12属性素子と呼ぶことにする。ここで言う「属性」とは、「特定の参照領域内に配置されている」という性質を示すことになる。たとえば、参照領域R1内に配置された素子は第1属性素子、参照領域R2内に配置された素子は第2属性素子、ということになる。   In the present application, the individual operation elements arranged in the reference regions R1 to R12 are referred to as the first attribute element to the twelfth attribute element by quoting the numerical portions of the reference regions R1 to R12. To. Here, the “attribute” indicates a property of “arranged in a specific reference area”. For example, an element arranged in the reference region R1 is a first attribute element, and an element arranged in the reference region R2 is a second attribute element.

結局、本発明の基本的な実施形態に係る慣性センサの場合、第1の板状橋梁部120の根端部近傍に配置された第1の根端部側素子群は、第1の参照領域R1に配置された第1属性素子と、第2の参照領域R2に配置された第2属性素子と、第3の参照領域R3に配置された第3属性素子とを有し、第1の板状橋梁部120の先端部近傍に配置された第1の先端部側素子群は、第4の参照領域R4に配置された第4属性素子と、第5の参照領域R5に配置された第5属性素子と、第6の参照領域R6に配置された第6属性素子とを有していることになる。   In the end, in the case of the inertial sensor according to the basic embodiment of the present invention, the first root end side element group arranged in the vicinity of the root end portion of the first plate-like bridge portion 120 is the first reference region. A first plate having a first attribute element disposed in R1, a second attribute element disposed in the second reference region R2, and a third attribute element disposed in the third reference region R3; The first distal end side element group disposed in the vicinity of the distal end portion of the bridge portion 120 has a fourth attribute element disposed in the fourth reference region R4 and a fifth attribute region disposed in the fifth reference region R5. It has the attribute element and the sixth attribute element arranged in the sixth reference region R6.

同様に、第2の板状橋梁部130の根端部近傍に配置された第2の根端部側素子群は、第7の参照領域R7に配置された第7属性素子と、第8の参照領域R8に配置された第8属性素子と、第9の参照領域R9に配置された第9属性素子とを有し、第2の板状橋梁部130の先端部近傍に配置された第2の先端部側素子群は、第10の参照領域R10に配置された第10属性素子と、第11の参照領域R11に配置された第11属性素子と、第12の参照領域R12に配置された第12属性素子とを有していることになる。   Similarly, the second root end portion side element group disposed in the vicinity of the root end portion of the second plate-like bridge portion 130 includes the seventh attribute element disposed in the seventh reference region R7, The second attribute element arranged in the vicinity of the tip of the second plate-like bridge portion 130 has the eighth attribute element arranged in the reference region R8 and the ninth attribute element arranged in the ninth reference region R9. The tip portion side element group is arranged in the tenth attribute element arranged in the tenth reference region R10, the eleventh attribute element arranged in the eleventh reference region R11, and the twelfth reference region R12. It has a twelfth attribute element.

図9(a) に示す具体的な実施例の場合、ピエゾ抵抗素子301〜312が第1属性素子〜第12属性素子ということになる。このようなピエゾ抵抗素子301〜312は、たとえば、基本構造体100をシリコン基板によって構成し、その上面の参照領域R1〜R12の部分に、所定の不純物を埋め込むことによって形成することができる。図示のとおり、第1の板状橋梁部120上に形成するピエゾ抵抗素子301〜306は、第1の長手方向軸Lyに沿って伸びる細長い素子とし、第2の板状橋梁部130上に形成するピエゾ抵抗素子307〜312は、第2の長手方向軸Lxに沿って伸びる細長い素子とする。   In the specific embodiment shown in FIG. 9A, the piezoresistive elements 301 to 312 are the first attribute element to the twelfth attribute element. Such piezoresistive elements 301 to 312 can be formed, for example, by constituting the basic structure 100 with a silicon substrate and embedding predetermined impurities in the reference regions R1 to R12 on the upper surface thereof. As shown in the figure, the piezoresistive elements 301 to 306 formed on the first plate-like bridge portion 120 are elongated elements extending along the first longitudinal axis Ly, and are formed on the second plate-like bridge portion 130. The piezoresistive elements 307 to 312 are elongated elements extending along the second longitudinal axis Lx.

図9(b) は、図9(a) に示す基本構造体100を装置筐体内に収容した状態を示す側断面図であり、図9(a) の切断線9b−9bに示す位置で切断した断面が示されている。図示のとおり、固定部用板状部材110の下面は、装置筐体の底板200の上面に固着されている。図には、この底板200の上面に、天板410および側板420を有する装置筐体のカバー400が取り付けられた状態が示されている。このカバー400と底板200とによって装置筐体が構成され、第1の板状橋梁部120、第2の板状橋梁部130、重錘接続部140、重錘体150は、この装置筐体内で宙吊り状態になっている。   FIG. 9 (b) is a side sectional view showing a state in which the basic structure 100 shown in FIG. 9 (a) is accommodated in the apparatus housing, and is cut at a position indicated by a cutting line 9b-9b in FIG. 9 (a). A cross section is shown. As shown in the figure, the lower surface of the fixing member plate member 110 is fixed to the upper surface of the bottom plate 200 of the apparatus housing. The figure shows a state in which the cover 400 of the apparatus housing having the top plate 410 and the side plate 420 is attached to the upper surface of the bottom plate 200. The cover 400 and the bottom plate 200 constitute a device casing. The first plate-like bridge portion 120, the second plate-like bridge portion 130, the weight connection portion 140, and the weight body 150 are included in the device case. It is suspended.

なお、図示の例では、重錘体150の上面と天板410の下面との距離、重錘体150の下面と底板200の上面との距離を、比較的大きく確保しているが、これらの距離を、適切な寸法に設定しておけば、天板410および底板200をストッパ部材として機能させることができる。すなわち、装置筐体の内壁面が重錘体150の過度の変位を制限する制御部材として機能するので、重錘体150に過度の加速度(板状橋梁部120,130が破損するような加速度)が加わった場合でも、重錘体150の過度の変位を制限することができ、板状橋梁部120,130が破損する事態を避けることができる。但し、天板410と重錘体150との空隙寸法や、底板200と重錘体150との空隙寸法が狭すぎると、エアーダンピングの影響を受け、重錘体150の変位が妨げられるので注意を要する。   In the example shown in the figure, the distance between the upper surface of the weight body 150 and the lower surface of the top plate 410 and the distance between the lower surface of the weight body 150 and the upper surface of the bottom plate 200 are secured relatively large. If the distance is set to an appropriate dimension, the top plate 410 and the bottom plate 200 can function as stopper members. That is, since the inner wall surface of the apparatus housing functions as a control member that restricts excessive displacement of the weight body 150, excessive acceleration (acceleration that damages the plate-like bridge portions 120 and 130) is applied to the weight body 150. Even when the weight is added, the excessive displacement of the weight body 150 can be restricted, and the situation where the plate-like bridge portions 120 and 130 are damaged can be avoided. However, if the gap between the top plate 410 and the weight body 150 or the gap between the bottom plate 200 and the weight body 150 is too narrow, the displacement of the weight body 150 is hindered due to the influence of air damping. Cost.

図9(b) の側断面図には、3組のピエゾ抵抗素子310〜312の断面が示されており、これらピエゾ抵抗素子から検出回路500への配線が模擬的に描かれている。図9(b) では、この検出回路500を単なるブロックで示すが、具体的な回路図は後述する。基本構造体100をシリコン基板によって構成した場合、検出回路500は、このシリコン基板上(たとえば、固定部用板状部材110の部分)に形成することが可能である。   9B shows a cross section of three sets of piezoresistive elements 310 to 312, and wiring from these piezoresistive elements to the detection circuit 500 is schematically depicted. In FIG. 9B, the detection circuit 500 is shown as a simple block, but a specific circuit diagram will be described later. When the basic structure 100 is configured by a silicon substrate, the detection circuit 500 can be formed on the silicon substrate (for example, the plate member 110 for the fixing portion).

なお、実際には、各ピエゾ抵抗素子に対する配線は、その長手方向の両端点に対して行われる。当該両端点間の電気抵抗値は、長手方向に加わる応力に応じて変化するので、電気抵抗値の増減により、作用した伸縮応力を検出することができる。ここに示す実施例の場合、伸びる方向の応力が作用すると電気抵抗が増加し、縮む方向の応力が作用すると電気抵抗が減少するp型ピエゾ抵抗素子を用いている。   In practice, wiring for each piezoresistive element is performed at both end points in the longitudinal direction. Since the electrical resistance value between the both end points changes according to the stress applied in the longitudinal direction, the applied stretching stress can be detected by increasing or decreasing the electrical resistance value. In the embodiment shown here, a p-type piezoresistive element is used in which the electrical resistance increases when a stress in the extending direction acts and the electrical resistance decreases when a stress in the contracting direction acts.

このように、動作用素子群を構成する個々の検出素子が、各板状橋梁部120,130の長手方向に沿って配置されたピエゾ抵抗素子310〜312によって構成されている場合、検出回路500としては、これらピエゾ抵抗素子310〜312を用いたブリッジ回路の出力に基づいて、所定の座標軸方向に作用した加速度を検出する回路を構成することができる。   As described above, when the individual detection elements constituting the operation element group are configured by the piezoresistive elements 310 to 312 arranged along the longitudinal direction of the plate-like bridge portions 120 and 130, the detection circuit 500. As an example, a circuit that detects acceleration acting in a predetermined coordinate axis direction can be configured based on the output of a bridge circuit using the piezoresistive elements 310 to 312.

図10は、図9に示す実施形態に利用される検出回路500の一例を示す回路図である。図示のとおり、この検出回路500は、図10(a) に示すブリッジ回路、図10(b) に示すブリッジ回路、図10(c) に示すブリッジ回路という3組のホイートストン・ブリッジ回路によって構成されている。いずれのブリッジ回路にも、電源300から所定の基準電圧が印加されている。   FIG. 10 is a circuit diagram showing an example of the detection circuit 500 used in the embodiment shown in FIG. As shown in the figure, this detection circuit 500 is composed of three sets of Wheatstone bridge circuits: a bridge circuit shown in FIG. 10 (a), a bridge circuit shown in FIG. 10 (b), and a bridge circuit shown in FIG. 10 (c). ing. A predetermined reference voltage is applied from the power supply 300 to any bridge circuit.

図10(a) に示すブリッジ回路は、第1属性素子301と第6属性素子306とを第1の対辺とし、第3属性素子303と第4属性素子304とを第2の対辺とするブリッジ回路であり、x軸方向に作用した加速度αx(力fx)を検出して、出力端子T11,T12間のブリッジ電圧Vxとして出力する機能を有する。   The bridge circuit shown in FIG. 10A is a bridge having the first attribute element 301 and the sixth attribute element 306 as the first opposite side, and the third attribute element 303 and the fourth attribute element 304 as the second opposite side. This circuit has a function of detecting acceleration αx (force fx) acting in the x-axis direction and outputting it as a bridge voltage Vx between the output terminals T11 and T12.

同様に、図10(b) に示すブリッジ回路は、第7属性素子307と第12属性素子312とを第1の対辺とし、第9属性素子309と第10属性素子310とを第2の対辺とするブリッジ回路であり、y軸方向に作用した加速度αy(力fy)を検出して、出力端子T13,T14間のブリッジ電圧Vyとして出力する機能を有する。   Similarly, the bridge circuit shown in FIG. 10B has the seventh attribute element 307 and the twelfth attribute element 312 as the first opposite side, and the ninth attribute element 309 and the tenth attribute element 310 as the second opposite side. And has a function of detecting an acceleration αy (force fy) acting in the y-axis direction and outputting it as a bridge voltage Vy between the output terminals T13 and T14.

更に、図10(c) に示すブリッジ回路は、第5属性素子305と第11属性素子311とを第1の対辺とし、第2属性素子302と第8属性素子308とを第2の対辺とするブリッジ回路であり、z軸方向に作用した加速度αz(力fz)を検出して、出力端子T15,T16間のブリッジ電圧Vzとして出力する機能を有する。   Further, the bridge circuit shown in FIG. 10C has the fifth attribute element 305 and the eleventh attribute element 311 as the first opposite side, and the second attribute element 302 and the eighth attribute element 308 as the second opposite side. And has a function of detecting an acceleration αz (force fz) acting in the z-axis direction and outputting it as a bridge voltage Vz between the output terminals T15 and T16.

この図10に示す各ブリッジ回路により、作用した加速度の各座標軸方向成分αx,αy,αzを検出できる理由は、図8に示す一覧表を参照すれば容易に理解できよう。すなわち、各ピエゾ抵抗素子301〜312を、図8の一覧表における各参照領域R1〜R12に対応させてみると、対応欄が「+」(伸びる応力発生)の場合は電気抵抗値の増加を示し、対応欄が「−」(縮む応力発生)の場合は電気抵抗値の減少を示し、対応欄が「0」(有意な伸縮なし)の場合は電気抵抗値に変化がないことを示していることになる。   The reason why each coordinate circuit direction component αx, αy, αz of the applied acceleration can be detected by each bridge circuit shown in FIG. 10 can be easily understood by referring to the list shown in FIG. That is, when the piezoresistive elements 301 to 312 are made to correspond to the reference regions R1 to R12 in the list of FIG. 8, when the corresponding column is “+” (extended stress generation), the increase in the electric resistance value is increased. When the corresponding column is “-” (shrinking stress is generated), it indicates a decrease in the electric resistance value, and when the corresponding column is “0” (no significant expansion / contraction), it indicates that there is no change in the electric resistance value. Will be.

そこで、まず、重錘体150に対してx軸正方向の加速度+αxが作用し、図5に示すように、重錘体150に対してx軸正方向の変位Δx(+)が生じた場合を考えてみる。この場合、図10に示す各ブリッジ回路を構成するピエゾ抵抗素子301〜312には、図8の一覧表におけるΔx(+)の各欄に示すような抵抗値変化が生じることになる。   Therefore, first, when the acceleration + αx in the positive x-axis direction acts on the weight body 150 and the displacement Δx (+) in the positive x-axis direction occurs on the weight body 150 as shown in FIG. Think about it. In this case, resistance values as shown in each column of Δx (+) in the list of FIG. 8 are generated in the piezoresistive elements 301 to 312 constituting each bridge circuit shown in FIG.

すなわち、図10(a) に示すブリッジ回路については、素子301,306の抵抗値は増加(図8の対応欄Δx(+)のR1,R6はいずれも「+」)し、素子303,304の抵抗値は減少(図8の対応欄Δx(+)のR3,R4はいずれも「−」)するので、ブリッジの平衡状態が崩れ、出力端子T11,T12間には、変位Δx(+)の大きさに応じた正のブリッジ電圧Vxが出力される。逆に、x軸負方向の加速度−αxが作用した場合は、逆方向への変位Δx(−)が生じるため、上記各欄の符号の正負が逆転し、出力端子T11,T12間には、変位Δx(−)の大きさに応じた負のブリッジ電圧Vxが出力される。   That is, in the bridge circuit shown in FIG. 10A, the resistance values of the elements 301 and 306 increase (R1 and R6 in the corresponding column Δx (+) in FIG. 8 are both “+”), and the elements 303 and 304 (The R3 and R4 in the corresponding column Δx (+) in FIG. 8 are both “−”), the bridge equilibrium state is lost, and the displacement Δx (+) is between the output terminals T11 and T12. A positive bridge voltage Vx corresponding to the magnitude of is output. On the other hand, when the acceleration −αx in the negative x-axis direction is applied, a displacement Δx (−) in the reverse direction occurs, so that the sign of each of the above columns is reversed, and between the output terminals T11 and T12, A negative bridge voltage Vx corresponding to the magnitude of the displacement Δx (−) is output.

かくして、図10(a) に示すブリッジ回路から出力されるx軸検出電圧Vxは、重錘体150に作用した加速度のx軸方向成分αxの向き(x軸の正方向か負方向か)と大きさを示すものになる。しかも、加速度のx軸方向成分αxのみが作用しているときには、図10(b) に示すブリッジ回路や図10(c) に示すブリッジ回路からは、有意な検出電圧は出力されない。   Thus, the x-axis detection voltage Vx output from the bridge circuit shown in FIG. 10 (a) depends on the direction of the x-axis direction component αx of the acceleration acting on the weight 150 (whether the x-axis is positive or negative). It shows the size. Moreover, when only the x-axis direction component αx of the acceleration is acting, no significant detection voltage is output from the bridge circuit shown in FIG. 10B or the bridge circuit shown in FIG.

たとえば、図10(b) に示すブリッジ回路については、素子307の抵抗値は減少するものの素子312の抵抗値は増加する(図8の対応欄Δx(+)のR7は「−」だが、R12は「+」になる)。また、素子309の抵抗値は増加するものの素子310の抵抗値は減少する(図8の対応欄Δx(+)のR9は「+」だが、R10は「−」になる)。したがって、ブリッジの平衡状態は維持され、ブリッジ回路から出力されるy軸検出電圧Vyは0になる。   For example, in the bridge circuit shown in FIG. 10B, the resistance value of the element 312 decreases while the resistance value of the element 312 increases (R7 in the corresponding column Δx (+) in FIG. 8 is “−”, but R12 Becomes “+”). Further, although the resistance value of the element 309 increases, the resistance value of the element 310 decreases (R9 in the corresponding column Δx (+) in FIG. 8 is “+”, but R10 is “−”). Therefore, the balanced state of the bridge is maintained, and the y-axis detection voltage Vy output from the bridge circuit becomes zero.

一方、図10(c) に示すブリッジ回路については、素子305,311,302,308の抵抗値に有意な変化はない(図8の対応欄Δx(+)のR5,R11,R2,R8はいずれも「0」である)。したがって、ブリッジの平衡状態は維持され、ブリッジ回路から出力されるz軸検出電圧Vzは0になる。   On the other hand, in the bridge circuit shown in FIG. 10 (c), there is no significant change in the resistance values of the elements 305, 311, 302, and 308 (R5, R11, R2, and R8 in the corresponding column Δx (+) in FIG. Both are “0”). Therefore, the balanced state of the bridge is maintained, and the z-axis detection voltage Vz output from the bridge circuit becomes zero.

続いて、重錘体150に対してy軸正方向の加速度+αyが作用し、図6に示すように、重錘体150に対してy軸正方向の変位Δy(+)が生じた場合を考えてみる。この場合、図10に示す各ブリッジ回路を構成するピエゾ抵抗素子301〜312には、図8の一覧表におけるΔy(+)の各欄に示すような抵抗値変化が生じることになる。   Subsequently, when the acceleration + αy in the y-axis positive direction acts on the weight body 150 and the displacement Δy (+) in the y-axis positive direction occurs with respect to the weight body 150 as shown in FIG. I'll think about it. In this case, a change in resistance value as shown in each column of Δy (+) in the list of FIG. 8 occurs in the piezoresistive elements 301 to 312 constituting each bridge circuit shown in FIG.

ここでは、まず、図10(b) に示すブリッジ回路について考えてみよう。このブリッジ回路では、素子307,312の抵抗値は増加(図8の対応欄Δy(+)のR7,R12はいずれも「+」)し、素子309,310の抵抗値は減少(図8の対応欄Δy(+)のR9,R10はいずれも「−」)するので、ブリッジの平衡状態が崩れ、出力端子T13,T14間には、変位Δy(+)の大きさに応じた正のブリッジ電圧Vxが出力される。逆に、y軸負方向の加速度−αyが作用した場合は、逆方向への変位Δy(−)が生じるため、上記各欄の符号の正負が逆転し、出力端子T13,T14間には、変位Δy(−)の大きさに応じた負のブリッジ電圧Vyが出力される。   Here, first consider the bridge circuit shown in FIG. In this bridge circuit, the resistance values of the elements 307 and 312 increase (R7 and R12 in the corresponding column Δy (+) in FIG. 8 are both “+”), and the resistance values of the elements 309 and 310 decrease (in FIG. 8). Since R9 and R10 in the corresponding column Δy (+) are both “−”), the balanced state of the bridge is lost, and a positive bridge corresponding to the magnitude of the displacement Δy (+) is present between the output terminals T13 and T14. A voltage Vx is output. On the other hand, when the acceleration -αy in the negative y-axis direction is applied, a displacement Δy (−) in the reverse direction occurs, so the sign of each of the above columns is reversed, and between the output terminals T13 and T14, A negative bridge voltage Vy corresponding to the magnitude of the displacement Δy (−) is output.

かくして、図10(b) に示すブリッジ回路から出力されるy軸検出電圧Vyは、重錘体150に作用した加速度のy軸方向成分αyの向きと大きさを示すものになる。しかも、加速度のy軸方向成分αyのみが作用しているときには、図10(a) に示すブリッジ回路や図10(c) に示すブリッジ回路からは、有意な検出電圧は出力されない。   Thus, the y-axis detection voltage Vy output from the bridge circuit shown in FIG. 10 (b) indicates the direction and magnitude of the y-axis direction component αy of the acceleration acting on the weight body 150. Moreover, when only the y-axis direction component αy of the acceleration is acting, no significant detection voltage is output from the bridge circuit shown in FIG. 10 (a) or the bridge circuit shown in FIG. 10 (c).

たとえば、図10(a) に示すブリッジ回路については、素子301の抵抗値は増加するものの素子306の抵抗値は減少する(図8の対応欄Δy(+)のR1は「+」だが、R6は「−」になる)。また、素子303の抵抗値は減少するものの素子304の抵抗値は増加する(図8の対応欄Δy(+)のR3は「−」だが、R4は「+」になる)。したがって、ブリッジの平衡状態は維持され、ブリッジ回路から出力されるy軸検出電圧Vyは0になる。   For example, in the bridge circuit shown in FIG. 10A, the resistance value of the element 301 increases while the resistance value of the element 306 decreases (R1 in the corresponding column Δy (+) in FIG. 8 is “+”, but R6 Becomes "-"). Further, although the resistance value of the element 303 decreases, the resistance value of the element 304 increases (R3 in the corresponding column Δy (+) in FIG. 8 is “−”, but R4 is “+”). Therefore, the balanced state of the bridge is maintained, and the y-axis detection voltage Vy output from the bridge circuit becomes zero.

一方、図10(c) に示すブリッジ回路については、素子305,311,302,308の抵抗値に有意な変化はない(図8の対応欄Δy(+)のR5,R11,R2,R8はいずれも「0」である)。したがって、ブリッジの平衡状態は維持され、ブリッジ回路から出力されるz軸検出電圧Vzは0になる。   On the other hand, in the bridge circuit shown in FIG. 10 (c), there is no significant change in the resistance values of the elements 305, 311, 302, and 308 (R5, R11, R2, and R8 in the corresponding column Δy (+) in FIG. Both are “0”). Therefore, the balanced state of the bridge is maintained, and the z-axis detection voltage Vz output from the bridge circuit becomes zero.

最後に、重錘体150に対してz軸正方向の加速度+αzが作用し、図7に示すように、重錘体150に対してz軸正方向の変位Δz(+)が生じた場合を考えてみる。この場合、図10に示す各ブリッジ回路を構成するピエゾ抵抗素子301〜312には、図8の一覧表におけるΔz(+)の各欄に示すような抵抗値変化が生じることになる。   Finally, the case where the acceleration + αz in the z-axis positive direction acts on the weight body 150 and the displacement Δz (+) in the z-axis positive direction occurs on the weight body 150 as shown in FIG. I'll think about it. In this case, a resistance value change as shown in each column of Δz (+) in the list of FIG. 8 occurs in the piezoresistive elements 301 to 312 constituting each bridge circuit shown in FIG.

ここでは、まず、図10(c) に示すブリッジ回路について考えてみよう。このブリッジ回路では、素子305,311の抵抗値は増加(図8の対応欄Δz(+)のR5,R11はいずれも「+」)し、素子302,308の抵抗値は減少(図8の対応欄Δz(+)のR2,R8はいずれも「−」)するので、ブリッジの平衡状態が崩れ、出力端子T15,T16間には、変位Δz(+)の大きさに応じた正のブリッジ電圧Vzが出力される。逆に、z軸負方向の加速度−αzが作用した場合は、逆方向への変位Δz(−)が生じるため、上記各欄の符号の正負が逆転し、出力端子T15,T16間には、変位Δz(−)の大きさに応じた負のブリッジ電圧Vzが出力される。   First, consider the bridge circuit shown in FIG. In this bridge circuit, the resistance values of the elements 305 and 311 increase (R5 and R11 in the corresponding column Δz (+) in FIG. 8 are both “+”), and the resistance values of the elements 302 and 308 decrease (in FIG. 8). Since R2 and R8 in the corresponding column Δz (+) are both “−”), the bridge equilibrium state is lost, and a positive bridge corresponding to the magnitude of the displacement Δz (+) is present between the output terminals T15 and T16. A voltage Vz is output. Conversely, when an acceleration −αz in the negative z-axis direction is applied, a displacement Δz (−) in the reverse direction occurs, so that the sign of each of the above columns is reversed, and between the output terminals T15 and T16, A negative bridge voltage Vz corresponding to the magnitude of the displacement Δz (−) is output.

かくして、図10(c) に示すブリッジ回路から出力されるz軸検出電圧Vzは、重錘体150に作用した加速度のz軸方向成分αzの向きと大きさを示すものになる。しかも、加速度のz軸方向成分αzのみが作用しているときには、図10(a) に示すブリッジ回路や図10(b) に示すブリッジ回路からは、有意な検出電圧は出力されない。   Thus, the z-axis detection voltage Vz output from the bridge circuit shown in FIG. 10C indicates the direction and magnitude of the z-axis direction component αz of the acceleration acting on the weight body 150. In addition, when only the z-axis direction component αz of the acceleration is acting, no significant detection voltage is output from the bridge circuit shown in FIG. 10 (a) or the bridge circuit shown in FIG. 10 (b).

たとえば、図10(a) に示すブリッジ回路については、素子301の抵抗値は減少するものの素子306の抵抗値は増加する(図8の対応欄Δz(+)のR1は「−」だが、R6は「+」になる)。また、素子303の抵抗値は減少するものの素子304の抵抗値は増加する(図8の対応欄Δz(+)のR3は「−」だが、R4は「+」になる)。したがって、ブリッジの平衡状態は維持され、ブリッジ回路から出力されるx軸検出電圧Vxは0になる。   For example, in the bridge circuit shown in FIG. 10A, the resistance value of the element 301 decreases while the resistance value of the element 306 increases (R1 in the corresponding column Δz (+) in FIG. 8 is “−”, but R6 Becomes “+”). Further, although the resistance value of the element 303 decreases, the resistance value of the element 304 increases (R3 in the corresponding column Δz (+) in FIG. 8 is “−”, but R4 is “+”). Accordingly, the balanced state of the bridge is maintained, and the x-axis detection voltage Vx output from the bridge circuit becomes zero.

一方、図10(b) に示すブリッジ回路については、素子307の抵抗値は減少するものの素子312の抵抗値は増加する(図8の対応欄Δz(+)のR7は「−」だが、R12は「+」になる)。また、素子309の抵抗値は減少するものの素子310の抵抗値は増加する(図8の対応欄Δz(+)のR9は「−」だが、R10は「+」になる)。したがって、ブリッジの平衡状態は維持され、ブリッジ回路から出力されるy軸検出電圧Vyは0になる。   On the other hand, in the bridge circuit shown in FIG. 10B, the resistance value of the element 312 decreases while the resistance value of the element 312 increases (R7 in the corresponding column Δz (+) in FIG. 8 is “−”, but R12 Becomes “+”). Further, although the resistance value of the element 309 decreases, the resistance value of the element 310 increases (R9 in the corresponding column Δz (+) in FIG. 8 is “−”, but R10 is “+”). Therefore, the balanced state of the bridge is maintained, and the y-axis detection voltage Vy output from the bridge circuit becomes zero.

結局、図8の一覧表を参照しながら、図10に示す検出回路500の動作を考えれば、図10(a) のブリッジ回路から出力されるx軸検出電圧Vxは、他軸成分を含まない加速度のx軸方向成分αxのみを示すものになり、図10(b) のブリッジ回路から出力されるy軸検出電圧Vyは、他軸成分を含まない加速度のy軸方向成分αyのみを示すものになり、図10(c) のブリッジ回路から出力されるz軸検出電圧Vzは、他軸成分を含まない加速度のz軸方向成分αzのみを示すものになることが理解できよう。このように、ここに示す実施形態に係る慣性センサによれば、他軸成分の干渉を受けることなく、加速度の各座標軸方向成分αx,αy,αzをそれぞれ独立して、それぞれ高い検出感度をもって検出することが可能になる。   Finally, considering the operation of the detection circuit 500 shown in FIG. 10 with reference to the list of FIG. 8, the x-axis detection voltage Vx output from the bridge circuit of FIG. 10 (a) does not include other axis components. Only the x-axis direction component αx of the acceleration is shown, and the y-axis detection voltage Vy output from the bridge circuit of FIG. 10B shows only the y-axis direction component αy of the acceleration not including the other-axis component. Thus, it can be understood that the z-axis detection voltage Vz output from the bridge circuit of FIG. 10 (c) shows only the z-axis direction component αz of the acceleration not including the other-axis component. As described above, according to the inertial sensor according to the embodiment shown here, each coordinate axis direction component αx, αy, αz of acceleration is detected independently and with high detection sensitivity without receiving interference from other axis components. It becomes possible to do.

なお、上述した動作は、第1の板状橋梁部120に配置された動作用素子群(ピエゾ抵抗素子301〜306)のxy平面への正射影投影像が、第1の長手方向軸Lyの投影像に関して線対称となるパターンを有し、第2の板状橋梁部130に配置された動作用素子群(ピエゾ抵抗素子307〜312)のxy平面への正射影投影像が、第2の長手方向軸Lxの投影像に関して線対称となるパターンを有することを前提としたものである。   In the above-described operation, the orthographic projection image on the xy plane of the operation element group (piezoresistive elements 301 to 306) arranged in the first plate-like bridge 120 is the first longitudinal axis Ly. An orthographic projection image on the xy plane of the operating element group (piezoresistive elements 307 to 312) having a pattern that is line-symmetric with respect to the projection image and arranged on the second plate-like bridge portion 130 is the second projection image. It is premised on having a line-symmetric pattern with respect to the projection image of the longitudinal axis Lx.

各素子の配置パターンにこのような対称性をもたせておけば、特定の素子対に関する抵抗値の増減が相殺される効果が得られ、上述したように、他軸成分の干渉を排除した検出動作が可能になる。もっとも、上記特定の素子対について、長手方向の長さ、幅、抵抗値(不純物濃度)などを適宜調整すれば、必ずしも対称性が維持されていなくても、抵抗値の増減を相殺する効果を得ることは可能なので、本発明を実施する上で、素子配置パターンの対称性は必須要件ではない。しかしながら、実用上は、上記対称性をもった素子配置パターンが得られるようにするのが好ましい。   By providing such a symmetry in the arrangement pattern of each element, the effect of canceling out the increase and decrease in resistance value for a specific element pair can be obtained, and as described above, detection operation that eliminates interference from other axis components Is possible. Of course, if the length, width, resistance value (impurity concentration), etc. in the longitudinal direction are adjusted as appropriate for the specific element pair, the effect of offsetting the increase or decrease in resistance value can be obtained even if the symmetry is not necessarily maintained. Since it can be obtained, the symmetry of the element arrangement pattern is not an essential requirement for implementing the present invention. However, in practice, it is preferable to obtain an element arrangement pattern having the above symmetry.

また、図9に示す慣性センサの検出回路500は、必ずしも図10に示す回路に限定されるものではなく、図8の一覧表に示す結果を踏まえて、要求された特定の座標軸方向成分の検出が可能な回路であれば、その他の回路を採用してもかまわない。   Further, the detection circuit 500 of the inertial sensor shown in FIG. 9 is not necessarily limited to the circuit shown in FIG. 10, and based on the results shown in the list of FIG. Any other circuit may be adopted as long as the circuit can be used.

たとえば、図11は、図9に示す実施形態に利用される検出回路500の別な一例を示す回路図である。この検出回路は、図11(a) に示すブリッジ回路、図11(b) に示すブリッジ回路、図11(c) に示すブリッジ回路という3組のホイートストン・ブリッジ回路によって構成されている。いずれのブリッジ回路にも、電源300から所定の基準電圧が印加されている。   For example, FIG. 11 is a circuit diagram showing another example of the detection circuit 500 used in the embodiment shown in FIG. This detection circuit is composed of three sets of Wheatstone bridge circuits: a bridge circuit shown in FIG. 11 (a), a bridge circuit shown in FIG. 11 (b), and a bridge circuit shown in FIG. 11 (c). A predetermined reference voltage is applied from the power supply 300 to any bridge circuit.

図11(a) に示すブリッジ回路は、第9属性素子309Aと第12属性素子312Aとを第1の対辺とし、第7属性素子307Aと第10属性素子310Aとを第2の対辺とするブリッジ回路であり、x軸方向に作用した加速度αx(力fx)を検出して、出力端子T21,T22間のブリッジ電圧Vxとして出力する機能を有する。   The bridge circuit shown in FIG. 11A is a bridge having the ninth attribute element 309A and the twelfth attribute element 312A as the first opposite side, and the seventh attribute element 307A and the tenth attribute element 310A as the second opposite side. This circuit has a function of detecting acceleration αx (force fx) acting in the x-axis direction and outputting it as a bridge voltage Vx between the output terminals T21 and T22.

同様に、図11(b) に示すブリッジ回路は、第1属性素子301Aと第4属性素子304Aとを第1の対辺とし、第3属性素子303Aと第6属性素子306Aとを第2の対辺とするブリッジ回路であり、y軸方向に作用した加速度αy(力fy)を検出して、出力端子T23,T24間のブリッジ電圧Vyとして出力する機能を有する。   Similarly, the bridge circuit shown in FIG. 11 (b) has the first attribute element 301A and the fourth attribute element 304A as the first opposite side, and the third attribute element 303A and the sixth attribute element 306A as the second opposite side. And has a function of detecting an acceleration αy (force fy) acting in the y-axis direction and outputting it as a bridge voltage Vy between the output terminals T23 and T24.

更に、図11(c) に示すブリッジ回路は、第4属性素子304B,第5属性素子305,第6属性素子306Bを直列接続してなる一辺と第10属性素子310B,第11属性素子311,第12属性素子312Bを直列接続してなる一辺とを第1の対辺とし、第1属性素子301B,第2属性素子302,第3属性素子303Bを直列接続してなる一辺と第7属性素子307B,第8属性素子308,第9属性素子309Bを直列接続してなる一辺とを第2の対辺とするブリッジ回路であり、z軸方向に作用した加速度αz(力fz)を検出して、出力端子T25,T26間のブリッジ電圧Vzとして出力する機能を有する。   Further, the bridge circuit shown in FIG. 11 (c) includes a side formed by connecting the fourth attribute element 304B, the fifth attribute element 305, and the sixth attribute element 306B in series, the tenth attribute element 310B, the eleventh attribute element 311, and the like. One side formed by connecting the twelfth attribute element 312B in series is defined as the first opposite side, and the one side formed by connecting the first attribute element 301B, the second attribute element 302, and the third attribute element 303B in series and the seventh attribute element 307B. , The eighth attribute element 308 and the ninth attribute element 309B are bridge circuits having a second side opposite to one side formed by connecting them in series, and detecting and outputting an acceleration αz (force fz) acting in the z-axis direction. It has a function of outputting as a bridge voltage Vz between the terminals T25 and T26.

ここでは、詳細な説明は省略するが、この図11に示す各ブリッジ回路により、作用した加速度の各座標軸方向成分αx,αy,αzを、他軸干渉を受けずにそれぞれ独立して検出できる理由も、図8に示す一覧表を参照すれば容易に理解できよう。   Although detailed explanation is omitted here, the reason why each coordinate circuit direction component αx, αy, αz of the applied acceleration can be detected independently without receiving interference from other axes by each bridge circuit shown in FIG. However, it can be easily understood by referring to the list shown in FIG.

なお、図11に示すブリッジ回路を構成する一部のピエゾ抵抗素子の符号末尾には、AもしくはBの記号が付されているが、この記号は、検出回路500内に同一の属性素子が複数用いられている場合に、両者を区別するためのものである。たとえば、図11(a) に示すブリッジ回路には、第9属性素子309Aが用いられており、図11(c) に示すブリッジ回路には、第9属性素子309Bが用いられている。いずれの素子も、参照領域R9内に配置された第9属性素子であることに変わりはないが、電気的に独立した別個のピエゾ抵抗素子である。   Note that symbols A or B are attached to the end of the reference numerals of some of the piezoresistive elements constituting the bridge circuit shown in FIG. When used, it is for distinguishing the two. For example, the ninth attribute element 309A is used in the bridge circuit shown in FIG. 11 (a), and the ninth attribute element 309B is used in the bridge circuit shown in FIG. 11 (c). Each element is a ninth attribute element arranged in the reference region R9, but is an electrically independent separate piezoresistive element.

このように、本発明を実施するにあたり、1つの参照領域内には必ずしも1つの動作用素子のみを配置する必要はなく、検出動作上、同一の属性素子が複数必要な場合には、同一の参照領域内に複数の異なる動作用素子を配置してかまわない。   As described above, in carrying out the present invention, it is not always necessary to arrange only one operation element in one reference region. If a plurality of identical attribute elements are necessary for detection operation, the same operation element is not necessarily used. A plurality of different operating elements may be arranged in the reference region.

図12は、同一の参照領域内にそれぞれ2組ずつのピエゾ抵抗素子を配置した例を示す平面図である。ここでも、図におけるハッチングは、各ピエゾ抵抗素子の配置を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない。図示の例は、図4に示す参照領域R10,R11,R12に、それぞれ2組ずつピエゾ抵抗素子を配置した例である。すなわち、参照領域R10内には、ピエゾ抵抗素子310A,310Bが配置され、参照領域R11内には、ピエゾ抵抗素子311A,311Bが配置され、参照領域R12内には、ピエゾ抵抗素子312A,312Bが配置されている。   FIG. 12 is a plan view showing an example in which two sets of piezoresistive elements are arranged in the same reference region. Again, the hatching in the figure is given to clearly show the arrangement of each piezoresistive element and does not show a cross section. The illustrated example is an example in which two sets of piezoresistive elements are arranged in each of the reference regions R10, R11, and R12 shown in FIG. That is, piezoresistive elements 310A and 310B are arranged in the reference region R10, piezoresistive elements 311A and 311B are arranged in the reference region R11, and piezoresistive elements 312A and 312B are arranged in the reference region R12. Is arranged.

同一の参照領域内に並列配置された一対のピエゾ抵抗素子は、互いに所定間隔をおいて形成されており、電気的に独立している。このため、検出回路500において、それぞれ異なるブリッジ回路の構成要素として組み込むことが可能である。もちろん、必要があれば、同一の参照領域内に3組以上の動作用素子を配置してかまわない。   A pair of piezoresistive elements arranged in parallel in the same reference region are formed at a predetermined interval from each other and are electrically independent. Therefore, the detection circuit 500 can be incorporated as components of different bridge circuits. Of course, if necessary, three or more sets of operating elements may be arranged in the same reference region.

図13は、図9に示す慣性センサ(加速度センサ)の実施形態について、図11に示す検出回路を利用する場合のピエゾ抵抗素子の配置例を示す平面図である。ここでも、図におけるハッチングは、各ピエゾ抵抗素子の配置を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない。図において、斜線ハッチングを施して示した4組のピエゾ抵抗素子302,305,308,311は、それぞれ参照領域R2,R5,R8,R11内に1組だけ配置された素子である。これに対して、図において、黒い太線で示した16組のピエゾ抵抗素子301A,301B,...,312A,312Bは、それぞれ参照領域R1,R3,R4,R6,R7,R9,R10,R12内に2組ずつペアにして配置された素子である。   FIG. 13 is a plan view showing an arrangement example of piezoresistive elements when the detection circuit shown in FIG. 11 is used in the embodiment of the inertial sensor (acceleration sensor) shown in FIG. Again, the hatching in the figure is given to clearly show the arrangement of each piezoresistive element and does not show a cross section. In the figure, four sets of piezoresistive elements 302, 305, 308, and 311 shown by hatching are elements arranged in one set in the reference regions R2, R5, R8, and R11, respectively. On the other hand, 16 sets of piezoresistive elements 301A, 301B,..., 312A, 312B indicated by thick black lines in the figure are reference regions R1, R3, R4, R6, R7, R9, R10, R12, respectively. It is an element arranged in pairs in the inside.

図11に示す3つのブリッジ回路に組み込まれている合計20組のピエゾ抵抗素子は、図13に示されている20組ピエゾ抵抗素子に対応するものである。なお、この例においても、実用上は、1つのブリッジ回路において、特定の素子対に関する抵抗値の増減が相殺される効果が得られるように、各素子の配置パターンに対称性をもたせておくのが好ましい。   A total of 20 sets of piezoresistive elements incorporated in the three bridge circuits shown in FIG. 11 correspond to the 20 sets of piezoresistive elements shown in FIG. In this example as well, in practice, the arrangement pattern of each element is provided with symmetry so that the effect of canceling out the increase and decrease in resistance value for a specific pair of elements can be obtained in one bridge circuit. Is preferred.

図13において、符号末尾にAが付されたピエゾ抵抗素子と符号末尾にBが付されたピエゾ抵抗素子との位置関係が、長手方向軸Lx,Lyに関して対称性を有しているのは、このような点を考慮したためである。すなわち、図示の例の場合、符号末尾にAが付された素子(たとえば、310A,312A)を長手方向軸から遠い位置に配置し、符号末尾にBが付された素子(たとえば、310B,312B)を長手方向軸に近い位置に配置することにより、符号末尾に同じ記号が付された素子同士が対称位置に配置されるようにしている(たとえば、310Aと312Aとは対称位置に配置され、310Bと312Bとは対称位置に配置される。)。   In FIG. 13, the positional relationship between the piezoresistive element with A at the end of the symbol and the piezoresistive element with B at the end of the symbol has symmetry with respect to the longitudinal axes Lx and Ly. This is because such a point is taken into consideration. That is, in the case of the illustrated example, an element (for example, 310A, 312A) with an A at the end of the code is arranged at a position far from the longitudinal axis, and an element with an B at the end of the code (for example, 310B, 312B). ) Is arranged at a position close to the longitudinal axis so that elements having the same symbol at the end of the code are arranged in a symmetrical position (for example, 310A and 312A are arranged in a symmetrical position, 310B and 312B are arranged at symmetrical positions.)

<<< §4. 圧電素子を用いた加速度センサ >>>
続いて、図4に示す基本構造体100を利用しつつ、動作用素子群として、層状の圧電体600を利用した圧電素子を用いることにより加速度センサを構成した実施形態を説明する。図14(a) は、このような加速度センサを示す平面図(装置筐体については図示を省略)であり、図14(b) は、これをyz平面で切断した側断面図である(装置筐体も図示)。
<<< §4. Acceleration sensor using piezoelectric element >>>
Next, an embodiment in which an acceleration sensor is configured by using a piezoelectric element using a layered piezoelectric body 600 as an operation element group while using the basic structure 100 shown in FIG. 4 will be described. FIG. 14A is a plan view showing such an acceleration sensor (not shown for the device casing), and FIG. 14B is a side sectional view of the device taken along the yz plane (device). The housing is also shown).

図14(b) に示すとおり、基本構造体100(図4に示すもの)の上面には、全面にわたって層状の下層電極650が形成され、更にその上面には、全面にわたって層状の圧電体600が形成されている。そして、この圧電体600の上面には、局在的に形成された複数の上層電極からなる上層電極群が形成されている。なお、この図14(b) は、図14(a) の切断線14b−14bに示す位置で切断した側断面を示しているので、3枚の上層電極610,611,612のみが図に現れている。   As shown in FIG. 14 (b), a layered lower layer electrode 650 is formed on the entire upper surface of the basic structure 100 (shown in FIG. 4), and a layered piezoelectric body 600 is formed on the entire upper surface thereof. Is formed. On the upper surface of the piezoelectric body 600, an upper layer electrode group including a plurality of locally formed upper layer electrodes is formed. Note that FIG. 14B shows a side cross-section cut at the position indicated by the cutting line 14b-14b in FIG. 14A, so that only the three upper layer electrodes 610, 611, and 612 appear in the figure. ing.

下層電極や上層電極としては、金属などの一般的な導電材料を用いて形成すればよい。ここに示す実施例の場合、厚み300nm程度の薄膜状の金属層(チタン膜と白金膜との二層からなる金属層)により下層電極650および上層電極群を形成している。また、層状の圧電体600としては、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)やKNN(ニオブ酸カリウムナトリウム)などを厚み2μm程度の薄膜状にしたものを用いている。もちろん、圧電体600としては、必ずしも薄膜状のものを用いる必要はない。   The lower layer electrode and the upper layer electrode may be formed using a general conductive material such as metal. In the case of the example shown here, the lower layer electrode 650 and the upper layer electrode group are formed of a thin metal layer (a metal layer comprising two layers of a titanium film and a platinum film) having a thickness of about 300 nm. Further, as the layered piezoelectric body 600, a thin film having a thickness of about 2 μm made of PZT (lead zirconate titanate), KNN (potassium sodium niobate) or the like is used. Of course, it is not always necessary to use a thin film as the piezoelectric body 600.

図14(b) に示されているとおり、ここに示す実施形態の場合も、底板200とカバー400とによって装置筐体が構成され、基本構造体100は、この装置筐体内に収容されている。§3で述べた実施形態と同様に、基本構造体100は、固定部用板状部材110によって、底板200の上面に固定されており、重錘体150は、装置筐体内で宙吊り状態になっている。カバー400は、天板410と側板420とによって構成され、重錘体150は、このカバー400の内部空間内で変位することになる。この実施形態においても、重錘体150の上面と天板410の下面との距離、重錘体150の下面と底板200の上面との距離を、適切な寸法に設定しておけば、天板410および底板200をストッパ部材として機能させることができる。   As shown in FIG. 14 (b), also in the embodiment shown here, the apparatus housing is constituted by the bottom plate 200 and the cover 400, and the basic structure 100 is accommodated in the apparatus enclosure. . Similarly to the embodiment described in §3, the basic structure 100 is fixed to the upper surface of the bottom plate 200 by the fixing plate member 110, and the weight body 150 is suspended in the apparatus housing. ing. The cover 400 is constituted by the top plate 410 and the side plate 420, and the weight body 150 is displaced in the internal space of the cover 400. Also in this embodiment, if the distance between the upper surface of the weight body 150 and the lower surface of the top plate 410 and the distance between the lower surface of the weight body 150 and the upper surface of the bottom plate 200 are set to appropriate dimensions, the top plate 410 and the bottom plate 200 can function as stopper members.

この慣性センサの場合、上層電極群は、図14(a) に示すとおり、12枚の上層電極601〜612(図におけるハッチングは、電極形成領域を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない)によって構成されている。ここで、各上層電極601〜612の配置位置は、それぞれ図4に示す参照領域R1〜R12の配置に対応している。   In the case of this inertial sensor, as shown in FIG. 14 (a), the upper electrode group consists of twelve upper layer electrodes 601 to 612 (hatching in the figure is given in order to clearly show the electrode formation region, Is not shown). Here, the arrangement positions of the upper layer electrodes 601 to 612 respectively correspond to the arrangement of the reference regions R1 to R12 shown in FIG.

上述したとおり、基本構造体100の上面には、全面にわたって層状の下層電極650が形成され、更にその上面全面には、層状の圧電体600が形成されているので、図14(a) に示す12枚の上層電極601〜612は、いずれも層状の圧電体600の上面に形成されていることになる。図14(a) は、この慣性センサを上方から見た平面図であるため、基本構造体100の全面を覆う圧電体600が見えていることになるが、便宜上、この図14(a) には、固定部用板状部材110,第1の板状橋梁部120,第2の板状橋梁部130,重錘接続部140,重錘体150の位置を括弧書きの符号で示してある。   As described above, the layered lower layer electrode 650 is formed on the entire upper surface of the basic structure 100, and the layered piezoelectric body 600 is formed on the entire upper surface of the basic structure 100. Therefore, as shown in FIG. The twelve upper layer electrodes 601 to 612 are all formed on the upper surface of the layered piezoelectric body 600. FIG. 14 (a) is a plan view of the inertial sensor as viewed from above, so that the piezoelectric body 600 covering the entire surface of the basic structure 100 can be seen. For convenience, FIG. 14 (a) The positions of the fixed plate member 110, the first plate bridge portion 120, the second plate bridge portion 130, the weight connection portion 140, and the weight body 150 are indicated by parenthesized symbols.

ここで、12枚の上層電極601〜612の下方には、層状の圧電体600が配置され、その下方には下層電極650が配置されているため、各参照領域R1〜R12には、それぞれ個別の圧電素子が形成されることになる。たとえば、参照領域R1には、上層電極601と、この上層電極601の直下に位置する層状の圧電体600の一部の部分(参照領域R1に対応する部分)と、その直下に位置する下層電極650の一部の部分(参照領域R1に対応する部分)と、によって、圧電体を上下の電極で挟んだ1組の圧電素子が形成されている。   Here, since the layered piezoelectric body 600 is disposed below the 12 upper layer electrodes 601 to 612 and the lower layer electrode 650 is disposed below the 12 layers of the upper layer electrodes 601 to 612, each reference region R1 to R12 is individually provided. This piezoelectric element is formed. For example, in the reference region R1, the upper layer electrode 601, a part of the layered piezoelectric body 600 positioned immediately below the upper layer electrode 601 (a portion corresponding to the reference region R1), and a lower layer electrode positioned immediately below the upper layer electrode 601 A part of 650 (part corresponding to the reference region R1) forms a set of piezoelectric elements in which a piezoelectric body is sandwiched between upper and lower electrodes.

ここでは、便宜上、個々の参照領域R1〜R12に形成された圧電素子を、その上層電極と同じ符号601〜612を用いて表すことにする。たとえば、上層電極601の位置には圧電素子601が形成され、上層電極602の位置には圧電素子602が形成されている。したがって、図14(a) は、12組の圧電素子601〜612の配置を示す平面図ということになる。ここで、圧電素子601〜612は、それぞれ第1属性素子〜第12属性素子ということになる。   Here, for convenience, the piezoelectric elements formed in the individual reference regions R1 to R12 are represented using the same reference numerals 601 to 612 as the upper layer electrodes. For example, the piezoelectric element 601 is formed at the position of the upper layer electrode 601, and the piezoelectric element 602 is formed at the position of the upper layer electrode 602. Therefore, FIG. 14A is a plan view showing the arrangement of 12 sets of piezoelectric elements 601 to 612. Here, the piezoelectric elements 601 to 612 are a first attribute element to a twelfth attribute element, respectively.

結局、この図14に示す慣性センサでは、動作用素子群を構成する個々の検出素子が、板状橋梁部120,130の長手方向に沿った伸縮応力に応じて正もしくは負の電荷を発生させる圧電素子601〜612によって構成されていることになる。ここに示す実施形態の場合、層状の圧電体600として、層方向に生じた伸縮応力に応じて、上下方向に分極を生じるタイプの圧電体を用いている。   As a result, in the inertial sensor shown in FIG. 14, the individual detection elements constituting the operation element group generate positive or negative charges according to the stretching stress along the longitudinal direction of the plate-like bridge portions 120 and 130. It is comprised by the piezoelectric elements 601-612. In the case of the embodiment shown here, as the layered piezoelectric body 600, a type of piezoelectric body that generates polarization in the vertical direction in accordance with the stretching stress generated in the layer direction is used.

より具体的には、層方向に伸びる応力が作用すると、上層電極側に正電荷、下層電極側に負電荷が発生し、層方向に縮む応力が作用すると、上層電極側に負電荷、下層電極側に正電荷が発生するタイプの圧電体を用いている。しかも、下層電極650は、12組の圧電素子601〜612について共通であるため、この下層電極650を接地して用いるようにすれば、層方向に伸びる応力が作用すると上層電極側に正電荷が発生し、層方向に縮む応力が作用すると上層電極側に負電荷が発生することになる。こうして発生した電荷に関して所定の加減算を行えば、所定の座標軸方向に作用した加速度を検出することができる。   More specifically, when a stress extending in the layer direction is applied, a positive charge is generated on the upper electrode side, and a negative charge is generated on the lower electrode side. When a stress contracting in the layer direction is applied, a negative charge is applied on the upper electrode side and the lower electrode is applied. A piezoelectric body that generates positive charges on the side is used. In addition, since the lower layer electrode 650 is common to the twelve pairs of piezoelectric elements 601 to 612, if the lower layer electrode 650 is used while being grounded, a positive charge is generated on the upper layer electrode side when stress extending in the layer direction acts. When a stress that occurs and shrinks in the layer direction acts, negative charges are generated on the upper electrode side. If a predetermined addition / subtraction is performed on the charges thus generated, an acceleration acting in a predetermined coordinate axis direction can be detected.

図14(b) に示すとおり、この慣性センサには、検出回路510が備わっており、上述した発生電荷に関する加減算を行うことができる。図14(b) では、この検出回路510を単なるブロックで示すが、具体的な回路図は後述する。   As shown in FIG. 14 (b), this inertial sensor is provided with a detection circuit 510, which can perform addition / subtraction on the generated charges described above. In FIG. 14B, the detection circuit 510 is shown as a simple block, but a specific circuit diagram will be described later.

図示のとおり、この検出回路510と、下層電極650および12枚の上層電極601〜612(図には、3枚の上層電極610〜612のみが示されている)との間には配線が施されており、各上層電極601〜612に発生した正もしくは負の電荷は、この配線を介して検出回路510によって取り出される。実際には、各配線は、各上層電極とともに、層状の圧電体600の上面に形成された導電性パターンによって形成することができる。また、基本構造体100をシリコン基板によって構成した場合、検出回路510は、このシリコン基板上(たとえば、固定部用板状部材110の部分)に形成することが可能である。   As shown in the figure, wiring is provided between the detection circuit 510 and the lower layer electrode 650 and the twelve upper layer electrodes 601 to 612 (only three upper layer electrodes 610 to 612 are shown in the figure). The positive or negative charges generated in the upper layer electrodes 601 to 612 are taken out by the detection circuit 510 through this wiring. Actually, each wiring can be formed by a conductive pattern formed on the upper surface of the layered piezoelectric body 600 together with each upper layer electrode. In addition, when the basic structure 100 is configured by a silicon substrate, the detection circuit 510 can be formed on the silicon substrate (for example, the plate member 110 for the fixing portion).

図15は、図14に示す実施形態に利用される検出回路510の一例を示す回路図である。図示のとおり、この検出回路510は、図15(a) に示す加減算回路、図15(b) に示す加減算回路、図15(c) に示す加減算回路、という3組の加減算回路によって構成されている。この回路図に符号「600」で示す矩形は、圧電体600の一部分を示し、符号「650」で示す線分は、下層電極650の一部分を示している。前述したように、圧電体600および下層電極650は、基本構造体100の全面にわたって形成されており、12組の圧電素子に共通の部材になるが、各参照領域R1〜R12に対応する個々の部分が、各圧電素子の構成要素ということになる。   FIG. 15 is a circuit diagram showing an example of the detection circuit 510 used in the embodiment shown in FIG. As shown in the figure, this detection circuit 510 is composed of three sets of addition / subtraction circuits, an addition / subtraction circuit shown in FIG. 15 (a), an addition / subtraction circuit shown in FIG. 15 (b), and an addition / subtraction circuit shown in FIG. 15 (c). Yes. In this circuit diagram, a rectangle indicated by reference numeral “600” indicates a part of the piezoelectric body 600, and a line segment indicated by reference numeral “650” indicates a part of the lower layer electrode 650. As described above, the piezoelectric body 600 and the lower layer electrode 650 are formed over the entire surface of the basic structure 100 and are members common to the 12 sets of piezoelectric elements. However, the piezoelectric body 600 and the lower layer electrode 650 correspond to the reference regions R1 to R12. The portion is a component of each piezoelectric element.

前述したように、ここでは個々の圧電素子を、その上層電極と同じ符号を用いて表しているため、たとえば、図15(a) の回路図において、上層電極601と、その下の圧電体600の一部分と、その下の下層電極650の一部と、によって示される部分が、圧電素子601(すなわち、第1属性素子)に対応することになる。12組のすべての圧電素子601〜612について、下層電極650は共通であり、いずれも接地されている。一方、各上層電極601〜612に発生した電荷は、それぞれ所定の差分回路621,622,623に与えられる。   As described above, each piezoelectric element is represented by the same reference numeral as that of the upper layer electrode. For example, in the circuit diagram of FIG. 15 (a), the upper layer electrode 601 and the piezoelectric body 600 therebelow. And a portion indicated by a part of the lower layer electrode 650 thereunder correspond to the piezoelectric element 601 (that is, the first attribute element). For all the 12 sets of piezoelectric elements 601 to 612, the lower layer electrode 650 is common and all are grounded. On the other hand, charges generated in the upper layer electrodes 601 to 612 are given to predetermined difference circuits 621, 622, and 623, respectively.

互いに並列接続された一対の圧電素子の上層電極に発生した電荷は、同一の差分回路の同一端子に集められる。これは、両上層電極に発生した電荷を加算する処理に相当する。たとえば、図15(a) に示す回路図では、一対の圧電素子の上層電極601,606に発生した電荷は加算され、差分回路621の正側の端子に与えられる。同様に、一対の圧電素子の上層電極603,604に発生した電荷は加算され、差分回路621の負側の端子に与えられる。差分回路621は、正側の端子に与えられた電荷量と負側の端子に与えられた電荷量とについて、符号を考慮した減算を行い、その結果を出力端子T31にx軸検出電圧Vxとして出力する。符号を考慮した減算であるため、たとえば、正側の端子に正電荷が与えられ、負側の端子に負電荷が与えられた場合は、実質的には、両電荷の絶対値の和が出力されることになる。   Charges generated in the upper layer electrodes of a pair of piezoelectric elements connected in parallel to each other are collected at the same terminal of the same differential circuit. This corresponds to a process of adding charges generated in both upper layer electrodes. For example, in the circuit diagram shown in FIG. 15A, the charges generated in the upper layer electrodes 601 and 606 of the pair of piezoelectric elements are added and given to the positive terminal of the difference circuit 621. Similarly, charges generated in the upper layer electrodes 603 and 604 of the pair of piezoelectric elements are added and given to the negative terminal of the difference circuit 621. The difference circuit 621 performs subtraction considering the sign of the charge amount given to the positive terminal and the charge amount given to the negative terminal, and the result is output to the output terminal T31 as the x-axis detection voltage Vx. Output. Since the subtraction takes the sign into account, for example, when a positive charge is given to the positive terminal and a negative charge is given to the negative terminal, the sum of the absolute values of both charges is actually output. Will be.

圧電素子601〜612を、それぞれ第1属性素子〜第12属性素子と呼べば、図15(a) に示す加減算回路は、第1属性素子(圧電素子601)の発生電荷と第6属性素子(圧電素子606)の発生電荷との和と、第3属性素子(圧電素子603)の発生電荷と第4属性素子(圧電素子604)の発生電荷との和と、の差に基づいて、x軸方向に作用した加速度αx(力fx)を検出して、出力端子T31にx軸検出電圧Vxとして出力する加減算処理を行う。   If the piezoelectric elements 601 to 612 are referred to as the first attribute element to the twelfth attribute element, respectively, the addition / subtraction circuit shown in FIG. 15 (a) has the generated attribute of the first attribute element (piezoelectric element 601) and the sixth attribute element ( Based on the difference between the sum of the generated charge of the piezoelectric element 606) and the sum of the generated charge of the third attribute element (piezoelectric element 603) and the generated charge of the fourth attribute element (piezoelectric element 604), the x axis Addition / subtraction processing is performed in which the acceleration αx (force fx) acting in the direction is detected and output to the output terminal T31 as the x-axis detection voltage Vx.

同様に、図15(b) に示す加減算回路は、第7属性素子(圧電素子607)の発生電荷と第12属性素子(圧電素子612)の発生電荷との和と、第9属性素子(圧電素子609)の発生電荷と第10属性素子(圧電素子610)の発生電荷との和と、の差に基づいて、y軸方向に作用した加速度αy(力fy)を検出して、出力端子T32にy軸検出電圧Vyとして出力する加減算処理を行う。   Similarly, the addition / subtraction circuit shown in FIG. 15B includes the sum of the charge generated by the seventh attribute element (piezoelectric element 607) and the charge generated by the twelfth attribute element (piezoelectric element 612) and the ninth attribute element (piezoelectric element). Based on the difference between the charge generated by the element 609) and the sum of the charge generated by the tenth attribute element (piezoelectric element 610), the acceleration αy (force fy) acting in the y-axis direction is detected, and the output terminal T32 Addition / subtraction processing for outputting as y-axis detection voltage Vy is performed.

また、図15(c) に示す加減算回路は、第5属性素子(圧電素子605)の発生電荷と第11属性素子(圧電素子611)の発生電荷との和と、第2属性素子(圧電素子602)の発生電荷と第8属性素子(圧電素子608)の発生電荷との和と、の差に基づいて、z軸方向に作用した加速度αz(力fz)を検出して、出力端子T33にz軸検出電圧Vzとして出力する加減算処理を行う。   In addition, the addition / subtraction circuit shown in FIG. 15C includes the sum of the charge generated by the fifth attribute element (piezoelectric element 605) and the charge generated by the eleventh attribute element (piezoelectric element 611), and the second attribute element (piezoelectric element). 602) and the sum of the generated charges of the eighth attribute element (piezoelectric element 608) and the acceleration αz (force fz) acting in the z-axis direction is detected and applied to the output terminal T33. Addition / subtraction processing for outputting as the z-axis detection voltage Vz is performed.

この図15に示す各加減算回路により、作用した加速度の各座標軸方向成分αx,αy,αzを検出できる理由は、図8に示す一覧表を参照すれば容易に理解できよう。すなわち、各圧電素子601〜612を、図8の一覧表における各参照領域R1〜R12に対応させてみると、対応欄が「+」(伸びる応力発生)の場合は上層電極に正の電荷が発生し、対応欄が「−」(縮む応力発生)の場合は上層電極に負の電荷が発生し、対応欄が「0」(有意な伸縮なし)の場合は有意な電荷発生がないことを示すことになる。   The reason why each coordinate axis direction component αx, αy, αz of the applied acceleration can be detected by each addition / subtraction circuit shown in FIG. 15 can be easily understood by referring to the list shown in FIG. That is, when each piezoelectric element 601 to 612 is made to correspond to each reference region R1 to R12 in the list of FIG. 8, when the corresponding column is “+” (extended stress generation), a positive charge is applied to the upper layer electrode. If the corresponding column is “-” (shrinking stress is generated), a negative charge is generated in the upper electrode, and if the corresponding column is “0” (no significant expansion / contraction), there is no significant charge generation. Will show.

そこで、まず、重錘体150に対してx軸正方向の加速度+αxが作用し、図5に示すように、重錘体150に対してx軸正方向の変位Δx(+)が生じた場合を考えてみる。この場合、図15に示す各圧電素子の上層電極601〜612には、図8の一覧表におけるΔx(+)の各欄に示す極性をもった電荷が発生することになる。   Therefore, first, when the acceleration + αx in the positive x-axis direction acts on the weight body 150 and the displacement Δx (+) in the positive x-axis direction occurs on the weight body 150 as shown in FIG. Think about it. In this case, charges having the polarities shown in the respective columns of Δx (+) in the list of FIG. 8 are generated in the upper layer electrodes 601 to 612 of the piezoelectric elements shown in FIG.

たとえば、図15(a) に示す加減算回路については、上層電極601,606には正電荷(図8の対応欄Δx(+)のR1,R6はいずれも「+」)、上層電極603,604には負電荷(図8の対応欄Δx(+)のR3,R4はいずれも「−」)がそれぞれ発生するので、差分回路621は、これら4組の上層電極601,606,603,604に発生した正負両極性の電荷の絶対値の和に相当する電圧を、出力端子T31にx軸検出電圧Vxとして出力することになる。逆に、x軸負方向の加速度−αxが作用した場合は、逆方向への変位Δx(−)が生じるため、上記各欄の符号の正負が逆転し、差分回路621は、4組の上層電極601,606,603,604に発生した正負両極性の電荷の絶対値の和に相当する負の電圧を、出力端子T31にx軸検出電圧Vxとして出力することになる。   For example, in the addition / subtraction circuit shown in FIG. 15A, the upper layer electrodes 601 and 606 have positive charges (R1 and R6 in the corresponding column Δx (+) in FIG. 8 are both “+”), and the upper layer electrodes 603 and 604 Since negative charges (R3 and R4 in the corresponding column Δx (+) in FIG. 8 are all “−”) are generated, the difference circuit 621 generates the four sets of upper layer electrodes 601, 606, 603, and 604. A voltage corresponding to the sum of absolute values of the generated positive and negative charges is output to the output terminal T31 as the x-axis detection voltage Vx. On the contrary, when the acceleration −αx in the negative x-axis direction is applied, the displacement Δx (−) in the reverse direction is generated, so that the sign of each of the above columns is reversed, and the difference circuit 621 has four sets of upper layers. A negative voltage corresponding to the sum of absolute values of positive and negative charges generated at the electrodes 601, 606, 603, and 604 is output to the output terminal T31 as the x-axis detection voltage Vx.

かくして、図15(a) に示す加減算回路から出力されるx軸検出電圧Vxは、重錘体150に作用した加速度のx軸方向成分αxの向き(x軸の正方向か負方向か)と大きさを示すものになる。しかも、加速度のx軸方向成分αxのみが作用しているときには、図15(b) に示す加減算回路や図15(c) に示す加減算回路からは、有意な検出電圧は出力されない。   Thus, the x-axis detection voltage Vx output from the adder / subtractor circuit shown in FIG. 15A is the direction of the x-axis direction component αx of the acceleration acting on the weight 150 (whether the x-axis is positive or negative). It shows the size. Moreover, when only the x-axis direction component αx of the acceleration is acting, no significant detection voltage is output from the addition / subtraction circuit shown in FIG. 15 (b) or the addition / subtraction circuit shown in FIG. 15 (c).

たとえば、図15(b) に示す加減算回路については、上層電極607には負電荷(図8の対応欄Δx(+)のR7は「−」)が発生するが、上層電極612には正電荷(図8の対応欄Δx(+)のR12は「+」)が発生するため、差分回路622の正側の端子に与えられる電荷は相殺されて0になる。同様に、上層電極609には正電荷(図8の対応欄Δx(+)のR9は「+」)が発生するが、上層電極610には負電荷(図8の対応欄Δx(+)のR10は「−」)が発生するため、差分回路622の負側の端子に与えられる電荷も相殺されて0になる。したがって、差分回路622が出力端子T32に出力するy軸検出電圧Vyは0になる。   For example, in the addition / subtraction circuit shown in FIG. 15B, negative charge is generated in the upper layer electrode 607 (R7 in the corresponding column Δx (+) in FIG. 8 is “−”), but positive charge is generated in the upper layer electrode 612. (R12 in the corresponding column Δx (+) in FIG. 8 is “+”), the charge given to the positive terminal of the difference circuit 622 is canceled out to zero. Similarly, a positive charge (R9 in the corresponding column Δx (+) in FIG. 8 is “+”) is generated in the upper layer electrode 609, but a negative charge (in the corresponding column Δx (+) in FIG. 8 is generated in the upper layer electrode 610. Since “−”) occurs in R10, the charge given to the negative terminal of the difference circuit 622 is also canceled out to zero. Therefore, the y-axis detection voltage Vy output from the difference circuit 622 to the output terminal T32 is zero.

一方、図15(c) に示す加減算回路については、上層電極605,611,602,608の発生電荷はいずれも0である(図8の対応欄Δx(+)のR5,R11,R2,R8はいずれも「0」である)。したがって、差分回路623が出力端子T33に出力するz軸検出電圧Vzは0になる。   On the other hand, in the addition / subtraction circuit shown in FIG. 15C, the generated charges of the upper layer electrodes 605, 611, 602, and 608 are all 0 (R5, R11, R2, R8 in the corresponding column Δx (+) in FIG. 8). Are all “0”). Therefore, the z-axis detection voltage Vz output from the difference circuit 623 to the output terminal T33 is zero.

具体的な説明は省略するが、同様の理由により、重錘体150に対してy軸方向の加速度αyが作用した場合は、図15(b) に示す加減算回路622から出力端子T32に出力されるy軸検出電圧Vyが、加速度αyの向きと大きさを示すものになる。しかも、このとき、図15(a) に示す加減算回路や図15(c) に示す加減算回路からは、有意な検出電圧は出力されない。また、重錘体150に対してz軸方向の加速度αzが作用した場合は、図15(c) に示す加減算回路623から出力端子T33に出力されるz軸検出電圧Vzが、加速度αzの向きと大きさを示すものになる。しかも、このとき、図15(a) に示す加減算回路や図15(b) に示す加減算回路からは、有意な検出電圧は出力されない。   Although a specific description is omitted, when the acceleration αy in the y-axis direction acts on the weight body 150 for the same reason, it is output from the addition / subtraction circuit 622 shown in FIG. 15B to the output terminal T32. The y-axis detection voltage Vy indicates the direction and magnitude of the acceleration αy. In addition, at this time, a significant detection voltage is not output from the addition / subtraction circuit shown in FIG. 15 (a) or the addition / subtraction circuit shown in FIG. 15 (c). When the acceleration αz in the z-axis direction acts on the weight 150, the z-axis detection voltage Vz output from the addition / subtraction circuit 623 shown in FIG. 15C to the output terminal T33 is the direction of the acceleration αz. And it will show the size. In addition, at this time, a significant detection voltage is not output from the addition / subtraction circuit shown in FIG. 15 (a) or the addition / subtraction circuit shown in FIG. 15 (b).

このように、図8の一覧表を参照しながら、図15に示す検出回路510の動作を考えれば、図15(a) の加減算回路から出力されるx軸検出電圧Vxは、他軸成分を含まない加速度のx軸方向成分αxのみを示すものになり、図15(b) の加減算回路から出力されるy軸検出電圧Vyは、他軸成分を含まない加速度のy軸方向成分αyのみを示すものになり、図15(c) の加減算回路から出力されるz軸検出電圧Vzは、他軸成分を含まない加速度のz軸方向成分αzのみを示すものになることが理解できよう。このように、ここに示す実施形態に係る慣性センサによれば、他軸成分の干渉を受けることなく、加速度の各座標軸方向成分αx,αy,αzをそれぞれ独立して、それぞれ高い検出感度をもって検出することが可能になる。しかも、差分回路を通した差分電圧として検出値が得られるため、温度などの環境変化の影響を相殺した検出が可能になる。   In this way, considering the operation of the detection circuit 510 shown in FIG. 15 with reference to the list of FIG. 8, the x-axis detection voltage Vx output from the addition / subtraction circuit of FIG. Only the x-axis direction component αx of the acceleration not including the y-axis detection voltage Vy output from the addition / subtraction circuit of FIG. 15 (b) includes only the y-axis direction component αy of the acceleration not including the other-axis component. It can be understood that the z-axis detection voltage Vz output from the addition / subtraction circuit of FIG. 15 (c) shows only the z-axis direction component αz of the acceleration not including the other-axis component. As described above, according to the inertial sensor according to the embodiment shown here, each coordinate axis direction component αx, αy, αz of acceleration is detected independently and with high detection sensitivity without receiving interference from other axis components. It becomes possible to do. In addition, since the detected value is obtained as a differential voltage that has passed through the differential circuit, detection that offsets the influence of environmental changes such as temperature is possible.

なお、上述した動作は、第1の板状橋梁部120に配置された動作用素子群(圧電素子601〜606)のxy平面への正射影投影像が、第1の長手方向軸Lyの投影像に関して線対称となるパターンを有し、第2の板状橋梁部130に配置された動作用素子群(圧電素子607〜612)のxy平面への正射影投影像が、第2の長手方向軸Lxの投影像に関して線対称となるパターンを有することを前提としたものである。   In the above-described operation, the orthographic projection image on the xy plane of the operation element group (piezoelectric elements 601 to 606) arranged in the first plate-like bridge portion 120 is projected on the first longitudinal axis Ly. An orthographic projection image on the xy plane of the operating element group (piezoelectric elements 607 to 612) disposed in the second plate-like bridge portion 130 having a pattern that is line symmetric with respect to the image is the second longitudinal direction. It is premised on having a pattern that is line symmetric with respect to the projected image of the axis Lx.

各圧電素子の配置パターンにこのような対称性をもたせておけば、特定の圧電素子対で発生した正負両極性の電荷が相殺される効果が得られ、上述したように、他軸成分の干渉を排除した検出動作が可能になる。もっとも、上記特定の圧電素子対について、長手方向の長さ、幅、圧電効率などを適宜調整すれば、必ずしも対称性が維持されていなくても、発生電荷を相殺する効果を得ることは可能なので、本発明を実施する上で、素子配置パターンの対称性は必須要件ではない。しかしながら、実用上は、上記対称性をもった素子配置パターンが得られるようにするのが好ましい。   If such a symmetry is provided in the arrangement pattern of each piezoelectric element, the effect of canceling the positive and negative charges generated by a specific pair of piezoelectric elements can be obtained. Detection operation that eliminates the above becomes possible. However, if the length, width, piezoelectric efficiency, etc. in the longitudinal direction of the specific piezoelectric element pair are appropriately adjusted, it is possible to obtain an effect of canceling the generated charges even if the symmetry is not necessarily maintained. In practicing the present invention, the symmetry of the element arrangement pattern is not an essential requirement. However, in practice, it is preferable to obtain an element arrangement pattern having the above symmetry.

また、図14に示す慣性センサの検出回路510は、必ずしも図15に示す回路に限定されるものではなく、図8の一覧表に示す結果を踏まえて、要求された特定の座標軸方向成分の検出が可能な回路であれば、その他の回路を採用してもかまわない。   Further, the inertial sensor detection circuit 510 shown in FIG. 14 is not necessarily limited to the circuit shown in FIG. 15, and based on the results shown in the list of FIG. Any other circuit may be adopted as long as the circuit can be used.

たとえば、図16は、図14に示す実施形態に利用される検出回路510の別な一例を示す回路図である。この検出回路は、図16(a) に示す加減算回路、図16(b) に示す加減算回路、図16(c) に示す加減算回路という3組の加減算回路によって構成されている。   For example, FIG. 16 is a circuit diagram showing another example of the detection circuit 510 used in the embodiment shown in FIG. This detection circuit is composed of three sets of addition / subtraction circuits, an addition / subtraction circuit shown in FIG. 16 (a), an addition / subtraction circuit shown in FIG. 16 (b), and an addition / subtraction circuit shown in FIG. 16 (c).

図16(a) に示す加減算回路は、第9属性素子(圧電素子609A)の発生電荷と第12属性素子(圧電素子612A)の発生電荷との和と、第7属性素子(圧電素子607A)の発生電荷と第10属性素子(圧電素子610A)の発生電荷との和と、の差に基づいて、x軸方向に作用した加速度αx(力fx)を検出して、出力端子T41にx軸検出電圧Vxとして出力する加減算処理を行う。   The addition / subtraction circuit shown in FIG. 16A includes the sum of the charge generated by the ninth attribute element (piezoelectric element 609A) and the charge generated by the twelfth attribute element (piezoelectric element 612A) and the seventh attribute element (piezoelectric element 607A). , And the acceleration αx (force fx) acting in the x-axis direction is detected based on the difference between the generated charge and the sum of the generated charges of the tenth attribute element (piezoelectric element 610A) and the output terminal T41 receives the x-axis Addition / subtraction processing to output as the detection voltage Vx is performed.

同様に、図16(b) に示す加減算回路は、第1属性素子(圧電素子601A)の発生電荷と第4属性素子(圧電素子604A)の発生電荷との和と、第3属性素子(圧電素子603A)の発生電荷と第6属性素子(圧電素子606A)の発生電荷との和と、の差に基づいて、y軸方向に作用した加速度αy(力fy)を検出して、出力端子T42にy軸検出電圧Vyとして出力する加減算処理を行う。   Similarly, the addition / subtraction circuit shown in FIG. 16B includes the sum of the charge generated by the first attribute element (piezoelectric element 601A) and the charge generated by the fourth attribute element (piezoelectric element 604A) and the third attribute element (piezoelectric element). Based on the difference between the generated charge of the element 603A) and the sum of the generated charge of the sixth attribute element (piezoelectric element 606A), the acceleration αy (force fy) acting in the y-axis direction is detected, and the output terminal T42 Addition / subtraction processing for outputting as y-axis detection voltage Vy is performed.

また、図16(c) に示す加減算回路は、第4属性素子(圧電素子604B)、第5属性素子(圧電素子605)、第6属性素子(圧電素子606B)、第10属性素子(圧電素子610B)、第11属性素子(圧電素子611)、第12属性素子(圧電素子612B)の各発生電荷の総和と、第1属性素子(圧電素子601B)、第2属性素子(圧電素子602)、第3属性素子(圧電素子603B)、第7属性素子(圧電素子607B)、第8属性素子(圧電素子608)、第9属性素子(圧電素子609B)の各発生電荷の総和と、の差に基づいて、z軸方向に作用した加速度αz(力fz)を検出して、出力端子T43にz軸検出電圧Vzとして出力する加減算処理を行う。   16C includes a fourth attribute element (piezoelectric element 604B), a fifth attribute element (piezoelectric element 605), a sixth attribute element (piezoelectric element 606B), and a tenth attribute element (piezoelectric element). 610B), the eleventh attribute element (piezoelectric element 611) and the twelfth attribute element (piezoelectric element 612B), and the first attribute element (piezoelectric element 601B), second attribute element (piezoelectric element 602), The difference between the third attribute element (piezoelectric element 603B), the seventh attribute element (piezoelectric element 607B), the eighth attribute element (piezoelectric element 608) and the ninth attribute element (piezoelectric element 609B) Based on this, the acceleration αz (force fz) acting in the z-axis direction is detected, and an addition / subtraction process is performed to output it to the output terminal T43 as the z-axis detection voltage Vz.

ここでは、詳細な説明は省略するが、この図16に示す各加減算回路により、作用した加速度の各座標軸方向成分αx,αy,αzを、他軸干渉を受けずにそれぞれ独立して検出できる理由も、図8に示す一覧表を参照すれば容易に理解できよう。   Although detailed description is omitted here, the reason why each coordinate axis direction component αx, αy, αz of the applied acceleration can be independently detected without interference from other axes by the respective addition / subtraction circuits shown in FIG. However, it can be easily understood by referring to the list shown in FIG.

なお、図16に示す加減算回路を構成する一部の圧電素子(上層電極)の符号末尾には、AもしくはBの記号が付されているが、この記号は、§3でも説明したとおり、検出回路510内に同一の属性素子が複数用いられている場合に、両者を区別するためのものである。たとえば、図16(a) に示す加減算回路には、第9属性素子609Aが用いられており、図16(c) に示すブリッジ回路には、第9属性素子609Bが用いられている。いずれの素子も、参照領域R9内に配置された第9属性素子であることに変わりはないが、電気的に独立した別個の圧電素子である。   Note that the symbols A and B are attached to the end of the symbols of some of the piezoelectric elements (upper layer electrodes) constituting the adder / subtracter circuit shown in FIG. 16, but this symbol is detected as described in §3. When a plurality of the same attribute elements are used in the circuit 510, the two are distinguished from each other. For example, the ninth attribute element 609A is used in the addition / subtraction circuit shown in FIG. 16 (a), and the ninth attribute element 609B is used in the bridge circuit shown in FIG. 16 (c). Each element is a ninth attribute element arranged in the reference region R9, but is an electrically independent separate piezoelectric element.

前述したとおり、本発明を実施するにあたり、1つの参照領域内には必ずしも1つの動作用素子のみを配置する必要はなく、同一の属性素子が複数必要な場合には、同一の参照領域内に複数の異なる動作用素子を配置してかまわない。その場合も、実用上は、特定の圧電素子対に関する発生電荷の相殺効果が得られるように、各圧電素子の配置パターンに対称性をもたせておくのが好ましい。   As described above, in carrying out the present invention, it is not always necessary to arrange only one operation element in one reference area. If a plurality of the same attribute elements are required, the same reference area is included. A plurality of different operating elements may be arranged. Even in such a case, it is preferable that the arrangement pattern of each piezoelectric element is provided with symmetry so that an effect of canceling generated charges related to a specific piezoelectric element pair can be obtained.

なお、これまで述べた実施形態は、層方向に伸ばす応力が作用すると、上層電極側に正電荷、下層電極側に負電荷が生じ、逆に、層方向に縮める応力が作用すると、上層電極側に負電荷、下層電極側に正電荷が生じる圧電体600を用いた例であるが、もちろん、これとは逆の分極特性を有する圧電体を用いてもかまわない。あるいは、12組の圧電素子が、それぞれ異なる分極特性を有するようにしてもかまわない。   In the embodiment described so far, when a stress extending in the layer direction is applied, a positive charge is generated on the upper electrode side, and a negative charge is generated on the lower electrode side. Conversely, when a stress contracting in the layer direction is applied, the upper electrode side In this example, a piezoelectric body 600 that generates a negative charge and a positive charge on the lower electrode side is used. Of course, a piezoelectric body having a reverse polarization characteristic may be used. Alternatively, the 12 sets of piezoelectric elements may have different polarization characteristics.

また、§2−2で述べたとおり、図4に示す例は、12組の参照領域R1〜R12を、すべて第1の板状橋梁部120もしくは第2の板状橋梁部130の上面(図4に示されている面)に定義した例であるが、8組の脇侍配置領域R1,R3,R4,R6,R7,R9,R10,R12については、必ずしも板状橋梁部の上面に定義する必要はなく、板状橋梁部の側面に定義してもよいし、上面から側面に至る折れ曲がった連続領域として定義してもかまわない。   Further, as described in §2-2, in the example shown in FIG. 4, the 12 sets of reference regions R1 to R12 are all formed on the upper surface of the first plate-like bridge portion 120 or the second plate-like bridge portion 130 (see FIG. 8), the eight armpit arrangement regions R1, R3, R4, R6, R7, R9, R10, and R12 are not necessarily defined on the upper surface of the plate-like bridge portion. However, it may be defined on the side surface of the plate-like bridge portion, or may be defined as a bent continuous region from the upper surface to the side surface.

図17は、このような参照領域の配置に関するバリエーションに応じて、上層電極の配置態様にいくつかのバリエーションをもたせた例を示す側断面図である。図17(a) は、図14(b) に示す第2の板状橋梁部130の断面を示す側断面図である。図示のとおり、板状橋梁部130の上面に下層電極650および層状の圧電体600が積層され、更にその上面に、3枚の上層電極610,611,612が配置されている。したがって、圧電体600の分極現象は、図の上下方向に生じることになる。   FIG. 17 is a side cross-sectional view showing an example in which some variations are provided in the arrangement mode of the upper layer electrode in accordance with such variations relating to the arrangement of the reference regions. FIG. 17A is a side sectional view showing a section of the second plate-like bridge portion 130 shown in FIG. As shown in the figure, a lower layer electrode 650 and a layered piezoelectric body 600 are laminated on the upper surface of the plate-like bridge portion 130, and three upper layer electrodes 610, 611, 612 are arranged on the upper surface. Therefore, the polarization phenomenon of the piezoelectric body 600 occurs in the vertical direction of the figure.

これに対して、図17(b) に示す実施例は、上層電極610bおよび上層電極612bを側面に配置したものである。この実施例では、下層電極650bが板状橋梁部130の上面とともに側面にも形成され、層状の圧電体600bがこの下層電極650bの表面に形成されている。すなわち、側断面図において、下層電極650bも圧電体600bも「コ」の字型の形状をなし、板状橋梁部130の上面から左右両側面にかけて一体形成されている。そして、3枚の上層電極の配置は、中央の上層電極611bが、板状橋梁部130の上面に下層電極650bおよび圧電体600bを介して形成されている点に変わりはないが、上層電極610bおよび612bは、板状橋梁部130の側面に下層電極650bおよび圧電体600bを介して形成されている。図17(b) には、3枚の上層電極610b〜612bのみが示されているが、他の9枚の上層電極の配置も同様である。   On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 17B, the upper layer electrode 610b and the upper layer electrode 612b are arranged on the side surface. In this embodiment, the lower layer electrode 650b is formed on the side surface as well as the upper surface of the plate-like bridge portion 130, and the layered piezoelectric body 600b is formed on the surface of the lower layer electrode 650b. That is, in the sectional side view, both the lower layer electrode 650b and the piezoelectric body 600b have a “U” shape, and are integrally formed from the upper surface of the plate-like bridge portion 130 to the left and right side surfaces. The arrangement of the three upper layer electrodes is the same as that the center upper layer electrode 611b is formed on the upper surface of the plate-like bridge portion 130 via the lower layer electrode 650b and the piezoelectric body 600b. 612b are formed on the side surface of the plate-like bridge portion 130 via the lower layer electrode 650b and the piezoelectric body 600b. FIG. 17B shows only three upper layer electrodes 610b to 612b, but the arrangement of the other nine upper layer electrodes is the same.

要するに、下層電極650bが、第1の板状橋梁部120および第2の板状橋梁部130の上面とともに側面にも形成され、圧電体600bがこの下層電極650bの表面に形成され、第2属性素子、第5属性素子、第8属性素子、第11属性素子を構成する上層電極602b,605b,608b,611bが、各板状橋梁部120,130の上面に、下層電極650bおよび圧電体600bを介して形成されており、第1属性素子、第3属性素子、第4属性素子、第6属性素子、第7属性素子、第9属性素子、第10属性素子、第12属性素子を構成する上層電極601b,603b,604b,606b,607b,609b,610b,612bが、各板状橋梁部120,130の側面に、下層電極650bおよび圧電体600bを介して形成されているようにすればよい。   In short, the lower layer electrode 650b is formed on the side surfaces as well as the upper surfaces of the first plate-like bridge portion 120 and the second plate-like bridge portion 130, and the piezoelectric body 600b is formed on the surface of the lower layer electrode 650b, and has the second attribute. The upper layer electrodes 602b, 605b, 608b, and 611b constituting the element, the fifth attribute element, the eighth attribute element, and the eleventh attribute element are formed by disposing the lower layer electrode 650b and the piezoelectric body 600b on the upper surfaces of the plate-like bridge portions 120 and 130, respectively. And the upper layer constituting the first attribute element, the third attribute element, the fourth attribute element, the sixth attribute element, the seventh attribute element, the ninth attribute element, the tenth attribute element, and the twelfth attribute element. Electrodes 601b, 603b, 604b, 606b, 607b, 609b, 610b, and 612b are provided with the lower layer electrode 650b and the piezoelectric body 600b on the side surfaces of the plate-like bridge portions 120 and 130, respectively. It may be as being formed by.

この図17(b) に示す例の場合、圧電体600bの各部分は、その厚み方向に分極現象を生じることになるので、板状橋梁部130の上面に形成された部分については図の上下方向に分極現象が生じ、板状橋梁部130の側面に形成された部分については図の左右方向に分極現象が生じる。したがって、板状橋梁部130の各部に生じた応力により、これまで述べた実施例と同様に所定極性の電荷が発生することに変わりはない。図5〜図7に示す板状橋梁部120,130の各部の伸縮状態は、その側面においても変わりはないので、これまで述べた検出回路510と同様の検出回路により、加速度の検出が可能である。   In the case of the example shown in FIG. 17 (b), each part of the piezoelectric body 600b causes a polarization phenomenon in the thickness direction thereof, so that the part formed on the upper surface of the plate-like bridge portion 130 is A polarization phenomenon occurs in the direction, and a polarization phenomenon occurs in the left-right direction of the drawing for the portion formed on the side surface of the plate-like bridge portion 130. Therefore, the stress generated in each part of the plate-like bridge portion 130 does not change that charges having a predetermined polarity are generated as in the above-described embodiments. The expansion / contraction state of each part of the plate-like bridge parts 120 and 130 shown in FIGS. 5 to 7 does not change on the side surface, so that the acceleration can be detected by the detection circuit similar to the detection circuit 510 described so far. is there.

図17(a) に示す実施例に比べて、図17(b) に示す実施例は、各上層電極の面積が広くなるため、上層電極群に発生する電荷の量も多くなる。したがって、前者に比べて後者の方が、検出感度は向上するが、後者の場合、板状橋梁部120,130の上面だけでなく側面にも下層電極、圧電体、上層電極を形成する必要があるため、製造コストは高騰することになる。   Compared to the embodiment shown in FIG. 17 (a), the embodiment shown in FIG. 17 (b) has a larger area of each upper electrode, and therefore the amount of charge generated in the upper electrode group also increases. Therefore, the detection sensitivity of the latter is improved compared to the former, but in the latter case, it is necessary to form a lower layer electrode, a piezoelectric body, and an upper layer electrode not only on the upper surface of the plate-like bridge portions 120 and 130 but also on the side surface. As a result, the manufacturing cost will rise.

一方、図17(c) に示す実施例は、上層電極610cおよび上層電極612cを、上面から側面にかけて連続するように配置したものである。この実施例でも、図17(b) に示す実施例と同様に、下層電極650cが板状橋梁部130の上面とともに側面にも形成され、板状の圧電体600cがこの下層電極650cの表面に形成されている。したがって、側断面図において、下層電極650cおよび圧電体600cは「コ」の字型の形状をなし、板状橋梁部130の上面から左右両側面にかけて一体形成されている。   On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 17 (c), the upper layer electrode 610c and the upper layer electrode 612c are arranged so as to be continuous from the upper surface to the side surface. Also in this embodiment, similarly to the embodiment shown in FIG. 17B, the lower layer electrode 650c is formed on the side surface as well as the upper surface of the plate-like bridge portion 130, and the plate-like piezoelectric body 600c is formed on the surface of the lower layer electrode 650c. Is formed. Therefore, in the side sectional view, the lower layer electrode 650c and the piezoelectric body 600c have a “U” shape, and are integrally formed from the upper surface of the plate-like bridge portion 130 to the left and right side surfaces.

ここで、3枚の上層電極の配置は、中央の上層電極611cが、板状橋梁部130の上面に下層電極650cおよび圧電体600cを介して形成されている点に変わりはないが、上層電極610cおよび612cは、板状橋梁部130の上面から側面にかけて下層電極650cおよび圧電体600cを介して形成されている。図17(c) には、3枚の上層電極610c〜612cのみが示されているが、他の9枚の上層電極の配置も同様である。   Here, the arrangement of the three upper layer electrodes is the same as that the central upper layer electrode 611c is formed on the upper surface of the plate-like bridge portion 130 via the lower layer electrode 650c and the piezoelectric body 600c. 610c and 612c are formed from the upper surface to the side surface of the plate-like bridge portion 130 via the lower layer electrode 650c and the piezoelectric body 600c. FIG. 17 (c) shows only three upper layer electrodes 610c to 612c, but the arrangement of the other nine upper layer electrodes is the same.

要するに、下層電極650cが、第1の板状橋梁部120および第2の板状橋梁部130の上面とともに側面にも形成され、層状の圧電体600cがこの下層電極650cの表面に形成され、第2属性素子、第5属性素子、第8属性素子、第11属性素子を構成する上層電極602c,605c,608c,611cが、各板状橋梁部120,130の上面に、下層電極650cおよび圧電体600cを介して形成されており、第1属性素子、第3属性素子、第4属性素子、第6属性素子、第7属性素子、第9属性素子、第10属性素子、第12属性素子を構成する上層電極601c,603c,604c,606c,607c,609c,610c,612cが、各板状橋梁部120,130の上面から側面にかけて、下層電極650cおよび圧電体600cを介して形成されているようにすればよい。   In short, the lower layer electrode 650c is formed on the side surfaces as well as the upper surfaces of the first plate-like bridge portion 120 and the second plate-like bridge portion 130, and the layered piezoelectric body 600c is formed on the surface of the lower layer electrode 650c. Upper layer electrodes 602c, 605c, 608c, and 611c constituting the second attribute element, the fifth attribute element, the eighth attribute element, and the eleventh attribute element are disposed on the upper surface of each plate-like bridge portion 120 and 130, and the lower layer electrode 650c and the piezoelectric body. The first attribute element, the third attribute element, the fourth attribute element, the sixth attribute element, the seventh attribute element, the ninth attribute element, the tenth attribute element, and the twelfth attribute element. The upper layer electrodes 601c, 603c, 604c, 606c, 607c, 609c, 610c, 612c are connected to the lower layer electrode 650c from the upper surface to the side surface of the plate-like bridge portions 120, 130. It may be as being formed through a fine piezoelectric 600c.

上述したとおり、この図17(c) に示す例の場合も、圧電体600cの各部分は、その厚み方向に分極現象を生じることになるので、これまで述べた検出回路510と同様の検出回路により、加速度の検出が可能である。   As described above, also in the case of the example shown in FIG. 17 (c), each part of the piezoelectric body 600c causes a polarization phenomenon in the thickness direction, and therefore, a detection circuit similar to the detection circuit 510 described so far. Thus, acceleration can be detected.

図17(b) に示す実施例に比べて、図17(c) に示す実施例では、各上層電極の面積を更に広く確保することができるため、上層電極群に発生する電荷の量もそれだけ多くなり、検出感度は更に向上する。ただ、図の左右の上層電極を、上面から側面にかけて形成する必要があるため、製造コストは更に高騰することになる。   Compared with the embodiment shown in FIG. 17 (b), in the embodiment shown in FIG. 17 (c), since the area of each upper layer electrode can be secured more widely, the amount of electric charge generated in the upper layer electrode group is also that much. The detection sensitivity is further improved. However, since it is necessary to form the upper electrode on the left and right in the figure from the upper surface to the side surface, the manufacturing cost will further increase.

もちろん、図17(a) 〜図17(c) に示す実施例における上層電極の配置形態を部分ごとに組み合わせることも可能である。図17(d) は、右半分については図17(b) に示す配置形態を採用し、左半分については図17(c) に示す配置形態を採用したものである。また、この実施例では、圧電体を一体構造とせずに2つの部分600d1,600d2に分けて形成している。   Of course, the arrangement of the upper layer electrodes in the embodiment shown in FIGS. 17 (a) to 17 (c) can be combined for each part. In FIG. 17 (d), the arrangement shown in FIG. 17 (b) is adopted for the right half, and the arrangement shown in FIG. 17 (c) is adopted for the left half. In this embodiment, the piezoelectric body is divided into two portions 600d1 and 600d2 instead of an integral structure.

具体的には、この図17(d) に示す実施例では、下層電極650dが板状橋梁部130の上面とともに側面にも形成され、その表面に、圧電体600d1,600d2が形成されている。圧電体600d1は、下層電極650dの右側面を覆う位置に形成され、圧電体600d2は、下層電極650dの上面および左側面を覆う位置に形成されている。そして、3枚の上層電極の配置は、中央の上層電極611dが、板状橋梁部130の上面に下層電極650dおよび圧電体600d2を介して形成されており、上層電極612dは、板状橋梁部130の右側面に下層電極650dおよび圧電体600d1を介して形成されており、上層電極610dは、板状橋梁部130の上面から左側面にかけて、下層電極650dおよび圧電体600d2を介して形成されている。   Specifically, in the embodiment shown in FIG. 17 (d), the lower layer electrode 650d is formed on the side surface as well as the upper surface of the plate-like bridge portion 130, and piezoelectric bodies 600d1 and 600d2 are formed on the surface. The piezoelectric body 600d1 is formed at a position covering the right side surface of the lower layer electrode 650d, and the piezoelectric body 600d2 is formed at a position covering the upper surface and the left side surface of the lower layer electrode 650d. In the arrangement of the three upper layer electrodes, the central upper layer electrode 611d is formed on the upper surface of the plate-shaped bridge portion 130 via the lower layer electrode 650d and the piezoelectric body 600d2, and the upper layer electrode 612d is formed of the plate-shaped bridge portion. 130 is formed via a lower layer electrode 650d and a piezoelectric body 600d1, and the upper layer electrode 610d is formed from the upper surface of the plate-shaped bridge portion 130 to the left side surface via the lower layer electrode 650d and the piezoelectric body 600d2. Yes.

この図17(d) に示す実施例のように、上層電極の配置は、必ずしも左右対称となるようにする必要はないが、前述したように、特定の圧電素子対に関する発生電荷の相殺効果が得られるようにするには、図17(a) ,(b) ,(c) に示す実施例のように、左右対称となるような配置を採用するのが好ましい。   As in the embodiment shown in FIG. 17 (d), the arrangement of the upper layer electrodes does not necessarily have to be symmetrical. However, as described above, the effect of canceling the generated charges related to a specific piezoelectric element pair is reduced. In order to obtain it, it is preferable to employ an arrangement that is symmetric as in the embodiment shown in FIGS. 17 (a), (b), and (c).

また、圧電素子は、必ずしも一体構造にする必要はなく、図17(d) に示すように、各上層電極に応じた位置にそれぞれ別個独立したものを配置するようにしてもかまわないが、実用上は、一体構造とした方が製造プロセスは容易になる。同様に、下層電極も、各上層電極に応じた位置にそれぞれ別個独立したものを配置するようにしてもかまわないが、実用上は、一体構造とした方が製造プロセスは容易になる。   In addition, the piezoelectric element does not necessarily have an integral structure, and as shown in FIG. 17 (d), independent elements may be arranged at positions corresponding to the upper layer electrodes. Above, the manufacturing process becomes easier with a single structure. Similarly, the lower layer electrodes may be arranged separately and independently at positions corresponding to the upper layer electrodes. However, practically, the manufacturing process is easier when the single layer structure is used.

<<< §5. 圧電素子を用いた角速度センサ >>>
これまで、動作用素子群として検出素子のみを用いた加速度センサを説明した。ここでは、検出素子に加えて駆動素子を動作用素子群として用いることにより、角速度センサを構成した実施形態を説明する。
<<< §5. Angular velocity sensor using piezoelectric element >>
So far, the acceleration sensor using only the detection element as the operation element group has been described. Here, an embodiment in which an angular velocity sensor is configured by using a drive element as an operation element group in addition to a detection element will be described.

§3では、検出素子としてピエゾ抵抗素子を利用した加速度センサの実施形態を述べ、§4では、検出素子として圧電素子を利用した加速度センサの実施形態を述べた。これらの検出素子は、いずれも作用した加速度に基づいて生じる重錘体150の変位を、板状橋梁部120,130の所定箇所に生じる撓みに基づいて検出する役割を果たしていた。この§5で述べる角速度センサに用いる駆動素子は、逆に、板状橋梁部120,130の所定箇所に周期的に撓みを生じさせることにより、重錘体150を所定方向に振動させる役割を果たすことになる。   In §3, an embodiment of an acceleration sensor using a piezoresistive element as a detection element is described. In §4, an embodiment of an acceleration sensor using a piezoelectric element as a detection element is described. Each of these detection elements played a role of detecting the displacement of the weight body 150 generated based on the applied acceleration based on the bending generated in a predetermined portion of the plate-like bridge portions 120 and 130. The drive element used for the angular velocity sensor described in §5, on the contrary, plays a role of vibrating the weight body 150 in a predetermined direction by periodically bending the predetermined portions of the plate-like bridge portions 120 and 130. It will be.

実は、ここで述べる角速度センサは、その構造自体は、§4で述べた加速度センサと全く同じものであり、その構造は図14に示すものになる。ただ、検出回路510の内容が若干異なる。図14に示す加速度センサに用いられている12組の圧電素子601〜612は、§4で述べたとおり、板状橋梁部120,130の長手方向に沿った伸縮応力に応じて、個別の上層電極601〜612と共通の下層電極650との間に正負の分極を生じるタイプのものである。下層電極650を接地して利用すれば、上層電極601〜612に正または負の電荷が発生することになるので、この発生電荷に基づいて各部に生じた応力を検出する検出素子としての機能を果たすことができる。   Actually, the angular velocity sensor described here has the same structure as the acceleration sensor described in §4, and the structure is as shown in FIG. However, the contents of the detection circuit 510 are slightly different. As described in §4, the 12 sets of piezoelectric elements 601 to 612 used in the acceleration sensor shown in FIG. 14 have individual upper layers according to the stretching stress along the longitudinal direction of the plate-like bridge portions 120 and 130. This is a type in which positive and negative polarization occurs between the electrodes 601 to 612 and the common lower layer electrode 650. If the lower layer electrode 650 is grounded and used, positive or negative charges are generated in the upper layer electrodes 601 to 612. Therefore, a function as a detection element for detecting stress generated in each part based on the generated charges is provided. Can fulfill.

一方、これら圧電素子601〜612に、交流駆動信号を与えれば、駆動素子としての機能を果たさせることも可能である。すなわち、個別の上層電極601〜612と共通の下層電極650との間にそれぞれ所定の極性の電圧を印加すると、板状橋梁部120,130の長手方向に沿って、極性に応じて伸びる方向もしくは縮む方向への応力が発生する。具体的には、図14に示す例の場合、下層電極650が接地されているため、上層電極側に正極性の電圧を印加すると、長手方向に伸びる方向の応力が発生し、上層電極側に負極性の電圧を印加すると、長手方向に縮む方向の応力が発生する。   On the other hand, if an AC drive signal is given to the piezoelectric elements 601 to 612, the function as a drive element can be achieved. That is, when a voltage having a predetermined polarity is applied between the individual upper layer electrodes 601 to 612 and the common lower layer electrode 650, the direction extending in accordance with the polarity along the longitudinal direction of the plate-like bridge portions 120 and 130, or Stress in the shrinking direction is generated. Specifically, in the case of the example shown in FIG. 14, since the lower layer electrode 650 is grounded, when a positive voltage is applied to the upper layer electrode side, stress in the direction extending in the longitudinal direction is generated, and the upper layer electrode side When a negative voltage is applied, stress is generated in the direction of contraction in the longitudinal direction.

したがって、図8の一覧表を参照して、各上層電極601〜612に所定極性の電圧を印加すれば、重錘体150を所定軸方向に変位させることができる。たとえば、重錘体150にx軸正方向変位Δx(+)を生じさせたい場合は、この一覧表のΔx(+)の欄を参照して、「+」が記された参照領域R1,R6,R9,R12に配置された圧電素子の上層電極601,606,609,612には正極性の電圧を印加するとともに、「−」が記された参照領域R3,R4,R7,R10に配置された圧電素子の上層電極603,604,607,610には負極性の電圧を印加すればよい。なお、一覧表のΔx(+)の欄に「0」が記された参照領域R2,R5,R8,R11に配置された圧電素子の上層電極602,605,608,611には電圧を印加する必要はない。   Therefore, referring to the list of FIG. 8, if a voltage having a predetermined polarity is applied to each upper layer electrode 601 to 612, the weight body 150 can be displaced in the predetermined axial direction. For example, when it is desired to cause the weight body 150 to generate the x-axis positive direction displacement Δx (+), refer to the column of Δx (+) in this list, and the reference regions R1, R6 marked with “+” , R9, R12, a positive voltage is applied to the upper electrodes 601, 606, 609, 612 of the piezoelectric elements, and the piezoelectric elements are arranged in the reference regions R3, R4, R7, R10 marked with “-”. A negative voltage may be applied to the upper layer electrodes 603, 604, 607, and 610 of the piezoelectric element. A voltage is applied to the upper electrodes 602, 605, 608, 611 of the piezoelectric elements arranged in the reference regions R2, R5, R8, R11 in which “0” is written in the Δx (+) column of the list. There is no need.

続いて、各上層電極601〜612に、上述とは逆極性の電圧を印加すると、重錘体150はx軸負方向変位Δx(−)を生じることになる。したがって、上層電極601,606,609,612に第1の位相をもった所定周期の交流駆動信号(たとえば、正弦波信号や矩形波信号)を与えるとともに、上層電極603,604,607,610に第1の位相とは逆の第2の位相をもった同一周期の交流駆動信号を与えれば、重錘体150をx軸方向に振動させることができる。   Subsequently, when a voltage having a polarity opposite to that described above is applied to each of the upper layer electrodes 601 to 612, the weight body 150 generates an x-axis negative direction displacement Δx (−). Therefore, an AC drive signal (for example, a sine wave signal or a rectangular wave signal) having a predetermined period is provided to the upper layer electrodes 601, 606, 609, and 612, and the upper layer electrodes 603, 604, 607, and 610 are provided. If an AC drive signal having the same period and a second phase opposite to the first phase is applied, the weight body 150 can be vibrated in the x-axis direction.

同様に、図8の一覧表のΔy(+)の欄に「+」が記された参照領域R1,R4,R7,R12に配置された圧電素子の上層電極601,604,607,612に第3の位相をもった所定周期の交流駆動信号を与えるとともに、「−」が記された参照領域R3,R6,R9,R10に配置された圧電素子の上層電極603,606,609,610に第3の位相とは逆の第4の位相をもった同一周期の交流駆動信号を与えれば、重錘体150をy軸方向に振動させることができる。   Similarly, the upper electrodes 601, 604, 607, 612 of the piezoelectric elements arranged in the reference regions R 1, R 4, R 7, R 12 marked with “+” in the column of Δy (+) in the list of FIG. 3 is applied to the upper layer electrodes 603, 606, 609, and 610 of the piezoelectric elements disposed in the reference regions R3, R6, R9, and R10 marked with “−”. If the AC drive signal having the same period and the fourth phase opposite to the phase 3 is given, the weight body 150 can be vibrated in the y-axis direction.

また、図8の一覧表のΔz(+)の欄に「+」が記された参照領域R4,R5,R6,R10,R11,R12に配置された圧電素子の上層電極604,605,606,610,611,612に第5の位相をもった所定周期の交流駆動信号を与えるとともに、「−」が記された参照領域R1,R2,R3,R7,R8,R9に配置された圧電素子の上層電極601,602,603,607,608,609に第5の位相とは逆の第6の位相をもった同一周期の交流駆動信号を与えれば、重錘体150をz軸方向に振動させることができる。   Further, the upper electrodes 604, 605, 606 of the piezoelectric elements arranged in the reference regions R4, R5, R6, R10, R11, R12 in which “+” is marked in the column of Δz (+) in the list of FIG. 610, 611, and 612 are supplied with an AC drive signal having a predetermined period and having a fifth phase, and piezoelectric elements arranged in reference regions R1, R2, R3, R7, R8, and R9 marked with “-” are displayed. If an AC drive signal with the same period having the sixth phase opposite to the fifth phase is given to the upper layer electrodes 601, 602, 603, 607, 608, 609, the weight body 150 is vibrated in the z-axis direction. be able to.

以上、図8の一覧表において「+」が記された欄に対応する全上層電極に第1の位相をもった交流駆動信号を与えるとともに、「−」が記された欄に対応する全上層電極に第2の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体150を所定の座標軸方向に振動させる駆動方式を説明したが、必ずしもこれら全上層電極に交流駆動信号を与える必要はなく、一部の上層電極のみに交流駆動信号を与えるようにしてもかまわない。ただ、重錘体150の振動を安定させる上では、少なくとも2組の上層電極に同一位相の交流駆動信号が供給されるような駆動方式を採用するのが好ましい。   As described above, in the list of FIG. 8, the AC drive signal having the first phase is applied to all the upper layer electrodes corresponding to the column marked “+”, and all the upper layers corresponding to the column marked “−”. The driving method of vibrating the weight body 150 in a predetermined coordinate axis direction by applying an AC driving signal having the second phase to the electrodes has been described. However, it is not always necessary to apply an AC driving signal to all the upper layer electrodes. Alternatively, an AC drive signal may be given only to some upper layer electrodes. However, in order to stabilize the vibration of the weight body 150, it is preferable to employ a drive system in which AC drive signals having the same phase are supplied to at least two sets of upper layer electrodes.

図18は、このような基本原理に基づいて構成された駆動用回路を示す回路図である。図18(a) は、重錘体150にx軸方向の振動Uxを生じさせるための駆動用回路である。ここで、交流駆動信号源641,642は、同一周期の正弦波交流を発生する信号源であるが、両者の位相は逆転している。したがって、図示のとおり、上層電極601,606(一覧表のΔx(+)の行に「+」が記された欄に対応する電極)に対しては、交流駆動信号源641から第1の位相をもった交流駆動信号が供給され、上層電極603,604(一覧表のΔx(+)の行に「−」が記された欄に対応する電極)に対しては、交流駆動信号源642から第1の位相とは逆の第2の位相をもった交流駆動信号が供給される。その結果、重錘体150には、x軸方向の振動Uxが生じることになる。   FIG. 18 is a circuit diagram showing a driving circuit configured based on such a basic principle. FIG. 18A shows a driving circuit for causing the weight 150 to generate vibration Ux in the x-axis direction. Here, the AC drive signal sources 641 and 642 are signal sources that generate sinusoidal AC with the same period, but the phases of both are reversed. Therefore, as shown in the drawing, for the upper layer electrodes 601 and 606 (electrodes corresponding to the columns marked with “+” in the Δx (+) row of the list), the first phase is supplied from the AC drive signal source 641. The AC drive signal having, and the upper layer electrodes 603 and 604 (electrodes corresponding to the columns marked with “-” in the Δx (+) row of the list) are supplied from the AC drive signal source 642. An AC drive signal having a second phase opposite to the first phase is supplied. As a result, the weight 150 generates vibration Ux in the x-axis direction.

同様に、図18(b) は、重錘体150にy軸方向の振動Uyを生じさせるための駆動用回路である。ここでも、交流駆動信号源643,644は、同一周期の正弦波交流を発生する信号源であるが、両者の位相は逆転している。したがって、図示のとおり、上層電極607,612(一覧表のΔy(+)の行に「+」が記された欄に対応する電極)に対しては、交流駆動信号源643から第3の位相をもった交流駆動信号が供給され、上層電極609,610(一覧表のΔy(+)の行に「−」が記された欄に対応する電極)に対しては、交流駆動信号源644から第3の位相とは逆の第4の位相をもった交流駆動信号が供給される。その結果、重錘体150には、y軸方向の振動Uyが生じることになる。   Similarly, FIG. 18B shows a driving circuit for causing the weight 150 to generate a vibration Uy in the y-axis direction. Again, the AC drive signal sources 643 and 644 are signal sources that generate sinusoidal alternating current with the same period, but the phases of both are reversed. Therefore, as shown in the figure, for the upper layer electrodes 607 and 612 (electrodes corresponding to the columns marked with “+” in the row of Δy (+) in the list), the AC drive signal source 643 supplies the third phase. The AC drive signal having, and the upper layer electrodes 609 and 610 (electrodes corresponding to the columns marked with “−” in the row of Δy (+) of the list) from the AC drive signal source 644 An AC drive signal having a fourth phase opposite to the third phase is supplied. As a result, the weight 150 generates vibration Uy in the y-axis direction.

また、図18(c) は、重錘体150にz軸方向の振動Uzを生じさせるための駆動用回路である。ここでも、交流駆動信号源645,646は、同一周期の正弦波交流を発生する信号源であるが、両者の位相は逆転している。したがって、図示のとおり、上層電極605,611(一覧表のΔz(+)の行に「+」が記された欄に対応する電極)に対しては、交流駆動信号源645から第5の位相をもった交流駆動信号が供給され、上層電極602,608(一覧表のΔz(+)の行に「−」が記された欄に対応する電極)に対しては、交流駆動信号源646から第5の位相とは逆の第6の位相をもった交流駆動信号が供給される。その結果、重錘体150には、z軸方向の振動Uzが生じることになる。   FIG. 18C shows a driving circuit for causing the weight body 150 to generate a vibration Uz in the z-axis direction. Again, the AC drive signal sources 645 and 646 are signal sources that generate sinusoidal alternating current with the same period, but the phases of both are reversed. Therefore, as shown in the figure, for the upper layer electrodes 605 and 611 (electrodes corresponding to the columns marked with “+” in the row of Δz (+) in the list), the fifth phase is supplied from the AC drive signal source 645. AC drive signal having, is supplied from the AC drive signal source 646 to the upper layer electrodes 602 and 608 (electrodes corresponding to the columns marked with “-” in the row of Δz (+) in the list). An AC drive signal having a sixth phase opposite to the fifth phase is supplied. As a result, the weight body 150 generates vibration Uz in the z-axis direction.

かくして、図14に示す加速度センサにおける検出回路510内に、図18(a) ,(b) ,(c) に示す駆動用回路を組み込んでおけば、重錘体150を所望の座標軸方向に振動させることが可能になるので、後述するように、当該加速度センサを角速度センサに転用することが可能になる。   Thus, if the driving circuit shown in FIGS. 18 (a), (b), and (c) is incorporated in the detection circuit 510 of the acceleration sensor shown in FIG. 14, the weight body 150 vibrates in the desired coordinate axis direction. Therefore, as described later, the acceleration sensor can be diverted to an angular velocity sensor.

なお、図14に示す加速度センサを角速度センサに転用するために利用可能な駆動用回路は、必ずしも図18に示す回路に限定されるものではなく、図8の一覧表に示す結果を踏まえて、重錘体150を所望の座標軸方向に振動させることが可能な回路であれば、その他の回路を採用してもかまわない。   Note that the driving circuit that can be used to divert the acceleration sensor shown in FIG. 14 to the angular velocity sensor is not necessarily limited to the circuit shown in FIG. 18, and based on the results shown in the list of FIG. Other circuits may be adopted as long as the weight body 150 can vibrate in the desired coordinate axis direction.

たとえば、図19に示す回路は、図18に示す駆動用回路と同等の機能を果たす回路の一例である。すなわち、図19(a) は、重錘体150にx軸方向の振動Uxを生じさせるための駆動用回路であり、図19(b) は、重錘体150にy軸方向の振動Uyを生じさせるための駆動用回路であり、図19(c) は、重錘体150にz軸方向の振動Uzを生じさせるための駆動用回路である。ここでも、交流駆動信号源651〜656は、同一周期の正弦波交流を発生する信号源であるが、交流駆動信号源651,652の位相は逆転しており、交流駆動信号源653,654の位相は逆転しており、交流駆動信号源655,656の位相は逆転している。   For example, the circuit illustrated in FIG. 19 is an example of a circuit that performs a function equivalent to that of the driving circuit illustrated in FIG. That is, FIG. 19A is a driving circuit for generating a vibration Ux in the x-axis direction in the weight body 150, and FIG. 19B is a circuit for driving the vibration Uy in the y-axis direction in the weight body 150. FIG. 19C shows a driving circuit for generating the vibration Uz in the z-axis direction in the weight body 150. Here, the AC drive signal sources 651 to 656 are signal sources that generate sinusoidal AC with the same cycle, but the phases of the AC drive signal sources 651 and 652 are reversed, and the AC drive signal sources 653 and 654 The phase is reversed, and the phases of the AC drive signal sources 655 and 656 are reversed.

また、この図19に示す回路図に示されている一部の上層電極の符号末尾には、AもしくはBの記号が付されているが、この記号は、§4でも説明したとおり、駆動用回路内に同一の属性素子が複数用いられている場合に、両者を区別するためのものである。たとえば、図19(a) に示す駆動用回路には、第9属性素子用の上層電極609Aが用いられており、図19(c) に示す駆動用回路には、第9属性素子用の上層電極609Bが用いられている。いずれの素子も、参照領域R9内に配置された第9属性素子であることに変わりはないが、電気的に独立した別個の圧電素子である。   Further, the symbol A or B is attached to the end of the reference numerals of some upper layer electrodes shown in the circuit diagram shown in FIG. 19, and this symbol is used for driving as described in §4. This is for distinguishing between a plurality of the same attribute elements in the circuit. For example, an upper layer electrode 609A for the ninth attribute element is used in the drive circuit shown in FIG. 19A, and an upper layer for the ninth attribute element is used in the drive circuit shown in FIG. An electrode 609B is used. Each element is a ninth attribute element arranged in the reference region R9, but is an electrically independent separate piezoelectric element.

図19に示す駆動用回路が、図18に示す駆動用回路と同等の機能を果たし、重錘体150を各座標軸方向に振動させる駆動動作が可能になることは、図8の一覧表を参照すれば容易に理解できよう。   The driving circuit shown in FIG. 19 performs the same function as the driving circuit shown in FIG. 18, and the driving operation that vibrates the weight body 150 in the direction of each coordinate axis is possible, see the table in FIG. It will be easy to understand.

すなわち、図19(a) の駆動用回路は、一覧表のΔx(+)の行に「+」が記された欄に対応する2組の電極609A,612Aに第1の位相の信号を供給するとともに、「−」が記された欄に対応する2組の電極607A,610Aに第2の位相の信号を供給する回路になっている。同様に、図19(b) の駆動用回路は、一覧表のΔy(+)の行に「+」が記された欄に対応する2組の電極601A,604Aに第3の位相の信号を供給するとともに、「−」が記された欄に対応する2組の電極603A,606Aに第4の位相の信号を供給する回路になっている。また、図19(c) の駆動用回路は、一覧表のΔz(+)の行に「+」が記された欄に対応する全電極604B,605,606B,610B,611,612Bに第5の位相の信号を供給するとともに、「−」が記された欄に対応する全電極601B,602,603B,607B,608,609Bに第6の位相の信号を供給する回路になっている。   That is, the driving circuit in FIG. 19A supplies the first phase signal to the two sets of electrodes 609A and 612A corresponding to the column marked with “+” in the Δx (+) row of the list. In addition, the second phase signal is supplied to the two sets of electrodes 607A and 610A corresponding to the column marked with “−”. Similarly, the driving circuit of FIG. 19B applies the third phase signal to the two sets of electrodes 601A and 604A corresponding to the column marked with “+” in the Δy (+) row of the list. In addition to the supply, the circuit supplies a fourth phase signal to the two sets of electrodes 603A and 606A corresponding to the column marked with “−”. In addition, the driving circuit of FIG. 19 (c) includes fifth electrodes on all the electrodes 604B, 605, 606B, 610B, 611, and 612B corresponding to the columns marked with “+” in the Δz (+) row of the list. And a sixth phase signal to all the electrodes 601B, 602, 603B, 607B, 608, and 609B corresponding to the columns marked with “−”.

続いて、図14に示す加速度センサの検出回路510内に、図18もしくは図19に例示するような駆動用回路を組み込むことにより、重錘体150を所望の座標軸方向に振動させることができるようにし、当該加速度センサを角速度センサに転用する具体的な方法を説明する。   Subsequently, by incorporating a driving circuit as illustrated in FIG. 18 or 19 in the detection circuit 510 of the acceleration sensor shown in FIG. 14, the weight body 150 can be vibrated in a desired coordinate axis direction. A specific method for diverting the acceleration sensor to an angular velocity sensor will be described.

一般に、慣性センサにおける角速度の検出は、互いに直交する3軸を定義し、重錘体を第1の軸方向に振動させた状態において、当該重錘体に対して第2の軸方向に作用したコリオリ力を測定すれば、当該コリオリ力は、当該センサに対して第3の軸まわりに作用した角速度を示すものになる、という基本原理に基づいて行われる。本発明に係る角速度センサも、当該基本原理に基づいて角速度検出を行うことになる。   In general, the detection of the angular velocity in the inertial sensor defines three axes orthogonal to each other, and acts on the weight body in the second axial direction in a state where the weight body is vibrated in the first axis direction. If the Coriolis force is measured, the Coriolis force is performed based on the basic principle that the Coriolis force indicates an angular velocity acting around the third axis with respect to the sensor. The angular velocity sensor according to the present invention also performs angular velocity detection based on the basic principle.

そこで、本発明に係る角速度センサでは、図4に示す基本構造体100の各参照領域R1〜R12に配置する動作用素子群を構成する個々の素子を、各配置位置における板状橋梁部120,130の長手方向に作用した応力を電気的に検出する検出素子と、与えられた電気信号に基づいて各配置位置における板状橋梁部120,130に対して長手方向に応力を作用させる駆動素子と、によって構成する。そして、検出回路では、駆動素子に交流駆動信号を与えることにより、重錘体150を第1の軸方向に振動させた状態において、検出素子の検出結果に基づいて、重錘体150に対して、第1の軸に直交する第2の軸方向に作用したコリオリ力を求め、当該コリオリ力に基づいて、第1の軸および第2の軸の双方に直交した第3の軸まわりに作用した角速度を検出する処理を行う。   Therefore, in the angular velocity sensor according to the present invention, the individual elements constituting the operation element group arranged in each reference region R1 to R12 of the basic structure 100 shown in FIG. A detection element that electrically detects a stress acting in the longitudinal direction of 130, and a drive element that applies a stress in the longitudinal direction to the plate-like bridge portions 120 and 130 at each arrangement position based on a given electric signal; , By. In the detection circuit, an AC drive signal is applied to the drive element, so that the weight 150 is vibrated in the first axial direction based on the detection result of the detection element. The Coriolis force acting in the second axial direction perpendicular to the first axis is obtained, and based on the Coriolis force, the Coriolis force acts around the third axis perpendicular to both the first axis and the second axis. Performs processing to detect angular velocity.

特に、§4で述べた圧電素子を用いた加速度センサ(図14)を利用して構成した角速度センサの場合、動作用素子群を構成する個々の駆動素子が、与えられた交流駆動信号に応じて板状橋梁部120,130に対して長手方向に沿った伸縮応力を作用させる圧電素子によって構成され、動作用素子群を構成する個々の検出素子が、板状橋梁部120,130の長手方向に沿った伸縮応力に応じて正もしくは負の電荷を発生させる圧電素子によって構成されることになる。そして、検出回路は、駆動素子を構成する圧電素子に所定位相の交流駆動信号を与えることにより、重錘体150を第1の軸方向に振動させ、検出素子を構成する圧電素子の発生電荷に関する加減算を行うことにより、重錘体に対して第2の軸方向に作用したコリオリ力を求め、当該コリオリ力に基づいて、角速度の検出値を出力する処理を行う。   In particular, in the case of an angular velocity sensor configured using an acceleration sensor (FIG. 14) using a piezoelectric element described in §4, each drive element that constitutes the operating element group responds to a given AC drive signal. The plate-shaped bridge portions 120 and 130 are each composed of a piezoelectric element that applies a stretching stress along the longitudinal direction, and the individual detection elements constituting the operation element group are arranged in the longitudinal direction of the plate-shaped bridge portions 120 and 130. The piezoelectric element generates a positive or negative charge according to the stretching stress along the axis. Then, the detection circuit applies an alternating current drive signal having a predetermined phase to the piezoelectric element constituting the drive element, thereby vibrating the weight body 150 in the first axial direction, and generating charge of the piezoelectric element constituting the detection element. By performing addition / subtraction, Coriolis force acting on the weight body in the second axial direction is obtained, and processing for outputting a detected value of angular velocity is performed based on the Coriolis force.

検出回路510内に組み込む駆動用回路として、たとえば、図18の回路図に示す回路を採用した場合、当該検出回路510は、第1属性素子601と第6属性素子606とに第1の位相をもった交流駆動信号641を与え、第3属性素子603と第4属性素子604とに第1の位相とは逆の第2の位相をもった交流駆動信号642を与えることにより、重錘体150をx軸方向に振動させるx軸励振機能を有することになる。また、当該検出回路510は、第7属性素子607と第12属性素子612とに第3の位相をもった交流駆動信号643を与え、第9属性素子609と第10属性素子610とに第3の位相とは逆の第4の位相をもった交流駆動信号644を与えることにより、重錘体150をy軸方向に振動させるy軸励振機能を有し、更に、第5属性素子605と第11属性素子611とに第5の位相をもった交流駆動信号645を与え、第2属性素子602と第8属性素子608とに第5の位相とは逆の第6の位相をもった交流駆動信号646を与えることにより、重錘体150をz軸方向に振動させるz軸励振機能を有することになる。   For example, when the circuit shown in the circuit diagram of FIG. 18 is employed as the driving circuit incorporated in the detection circuit 510, the detection circuit 510 gives the first phase to the first attribute element 601 and the sixth attribute element 606. The AC drive signal 641 having the first phase and the AC drive signal 642 having the second phase opposite to the first phase are supplied to the third attribute element 603 and the fourth attribute element 604. Has an x-axis excitation function to vibrate in the x-axis direction. In addition, the detection circuit 510 provides an AC drive signal 643 having a third phase to the seventh attribute element 607 and the twelfth attribute element 612, and third signal to the ninth attribute element 609 and the tenth attribute element 610. By providing an AC drive signal 644 having a fourth phase opposite to the phase of the first phase, a weight axis 150 has a y-axis excitation function for vibrating the weight body 150 in the y-axis direction. An AC drive signal 645 having a fifth phase is given to the 11th attribute element 611, and an AC drive having a 6th phase opposite to the 5th phase is given to the 2nd attribute element 602 and the 8th attribute element 608. By providing the signal 646, the weight body 150 has a z-axis excitation function that vibrates in the z-axis direction.

一方、検出回路510内に組み込む駆動用回路として、図19の回路図に示す回路を採用した場合、当該検出回路510は、第9属性素子609Aと第12属性素子612Aとに第1の位相をもった交流駆動信号651を与え、第7属性素子607Aと第10属性素子610Aとに第1の位相とは逆の第2の位相をもった交流駆動信号652を与えることにより、重錘体150をx軸方向に振動させるx軸励振機能を有することになる。また、当該検出回路510は、第1属性素子601Aと第4属性素子604Aとに第3の位相をもった交流駆動信号653を与え、第3属性素子603Aと第6属性素子606Aとに第3の位相とは逆の第4の位相をもった交流駆動信号654を与えることにより、重錘体150をy軸方向に振動させるy軸励振機能を有し、更に、第4属性素子604B、第5属性素子605、第6属性素子606B、第10属性素子610B、第11属性素子611、第12属性素子612Bのそれぞれに第5の位相をもった交流駆動信号655を与え、第1属性素子601B、第2属性素子602、第3属性素子603B、第7属性素子607B、第8属性素子608、第9属性素子609Bのそれぞれに第5の位相とは逆の第6の位相をもった交流駆動信号を与えることにより、重錘体150をz軸方向に振動させるz軸励振機能を有することになる。   On the other hand, when the circuit shown in the circuit diagram of FIG. 19 is adopted as the driving circuit incorporated in the detection circuit 510, the detection circuit 510 gives the first phase to the ninth attribute element 609A and the twelfth attribute element 612A. The AC driving signal 651 having the first phase and the AC driving signal 652 having the second phase opposite to the first phase are supplied to the seventh attribute element 607A and the tenth attribute element 610A. Has an x-axis excitation function to vibrate in the x-axis direction. In addition, the detection circuit 510 gives an AC drive signal 653 having a third phase to the first attribute element 601A and the fourth attribute element 604A, and third signals to the third attribute element 603A and the sixth attribute element 606A. By providing an AC drive signal 654 having a fourth phase opposite to the phase of the first, it has a y-axis excitation function for vibrating the weight body 150 in the y-axis direction, and further includes a fourth attribute element 604B, An AC drive signal 655 having a fifth phase is applied to each of the fifth attribute element 605, the sixth attribute element 606B, the tenth attribute element 610B, the eleventh attribute element 611, and the twelfth attribute element 612B, and the first attribute element 601B The second attribute element 602, the third attribute element 603B, the seventh attribute element 607B, the eighth attribute element 608, and the ninth attribute element 609B each have an AC drive having a sixth phase opposite to the fifth phase. By giving the signal will have a z-axis excitation function of vibrating the weight body 150 in the z-axis direction.

なお、検出回路510には、上記駆動用回路とともに、重錘体150に作用したコリオリ力を検出するための検出用回路が必要になるが、この検出用回路としては、§4で述べた加速度センサ用の検出回路510に備わっている加速度検出用の回路をそのまま利用することができる。   The detection circuit 510 requires a detection circuit for detecting the Coriolis force acting on the weight body 150 in addition to the drive circuit described above. As the detection circuit, the acceleration circuit described in §4 is used. The acceleration detection circuit provided in the sensor detection circuit 510 can be used as it is.

たとえば、図15に示す3組の加減算回路は、図14に示す加速度センサにおいて、重錘体150に作用したx軸方向の加速度αxをx軸検出電圧Vxとして出力し、y軸方向の加速度αyをy軸検出電圧Vyとして出力し、z軸方向の加速度αzをz軸検出電圧Vzとして出力する処理を行う回路であるが、ここで出力されるx軸検出電圧Vx,y軸検出電圧Vy,z軸検出電圧Vzは、実は、加速度に基づいて重錘体150に作用したx軸方向の力fx,y軸方向の力fy,z軸方向の力fzを示すものである。   For example, the three sets of addition / subtraction circuits shown in FIG. 15 output the acceleration αx in the x-axis direction acting on the weight body 150 as the x-axis detection voltage Vx in the acceleration sensor shown in FIG. Is output as the y-axis detection voltage Vy, and the acceleration αz in the z-axis direction is output as the z-axis detection voltage Vz. The x-axis detection voltage Vx, y-axis detection voltage Vy, The z-axis detection voltage Vz actually indicates the force fx in the x-axis direction, the force fy in the y-axis direction, and the force fz in the z-axis direction that acted on the weight body 150 based on the acceleration.

したがって、図14に示す加速度センサを角速度センサに転用した場合、図15に示す検出用回路におけるx軸検出電圧Vx,y軸検出電圧Vy,z軸検出電圧Vzは、それぞれx軸方向のコリオリ力fx,y軸方向のコリオリ力fy,z軸方向のコリオリ力fzを示すものになる。したがって、この§5で述べる角速度センサでは、図15もしくは図16に示す回路(あるいは、同等の機能を果たす別な回路でもよい)を検出用回路として利用し、各座標軸方向のコリオリ力を検出することができる。   Therefore, when the acceleration sensor shown in FIG. 14 is diverted to an angular velocity sensor, the x-axis detection voltage Vx, the y-axis detection voltage Vy, and the z-axis detection voltage Vz in the detection circuit shown in FIG. It shows the Coriolis force fy in the fx and y-axis directions and the Coriolis force fz in the z-axis direction. Therefore, in the angular velocity sensor described in §5, the circuit shown in FIG. 15 or 16 (or another circuit that performs an equivalent function) may be used as a detection circuit to detect the Coriolis force in each coordinate axis direction. be able to.

検出回路510内に組み込む検出用回路として、たとえば、図15の回路図に示す回路を採用した場合、当該検出回路510は、第1属性素子601の発生電荷と第6属性素子606の発生電荷との和と、第3属性素子603の発生電荷と第4属性素子604の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体150に対してx軸方向に作用したコリオリ力fxを検出するx軸検出機能を有することになる。また、当該検出回路510は、第7属性素子607の発生電荷と第12属性素子612の発生電荷との和と、第9属性素子609の発生電荷と第10属性素子610の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体150に対してy軸方向に作用したコリオリ力fyを検出するy軸検出機能を有し、更に、第5属性素子605の発生電荷と第11属性素子611の発生電荷との和と、第2属性素子602の発生電荷と第8属性素子608の発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体150に対してz軸方向に作用したコリオリ力fzを検出するz軸検出機能を有することになる。   For example, when the circuit shown in the circuit diagram of FIG. 15 is adopted as the detection circuit incorporated in the detection circuit 510, the detection circuit 510 has the generated charge of the first attribute element 601 and the generated charge of the sixth attribute element 606. And the Coriolis force fx acting on the weight body 150 in the x-axis direction is detected based on the difference between the sum of the two and the sum of the charge generated by the third attribute element 603 and the charge generated by the fourth attribute element 604 It has an x-axis detection function. The detection circuit 510 also includes the sum of the generated charge of the seventh attribute element 607 and the generated charge of the twelfth attribute element 612, and the sum of the generated charge of the ninth attribute element 609 and the generated charge of the tenth attribute element 610. And a y-axis detection function for detecting the Coriolis force fy acting on the weight 150 in the y-axis direction, and the generated attribute of the fifth attribute element 605 and the eleventh attribute element Based on the difference between the sum of the generated charge of 611 and the sum of the generated charge of the second attribute element 602 and the generated charge of the eighth attribute element 608, the weight 150 is acted on in the z-axis direction. A z-axis detection function for detecting the Coriolis force fz is provided.

一方、検出回路510内に組み込む検出用回路として、図16の回路図に示す回路を採用した場合、当該検出回路510は、第9属性素子609Aの発生電荷と第12属性素子612Aの発生電荷との和と、第7属性素子607Aの発生電荷と第10属性素子610Aの発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体150に対してx軸方向に作用したコリオリ力fxを検出するx軸検出機能を有することになる。また、当該検出回路510は、第1属性素子601Aの発生電荷と第4属性素子604Aの発生電荷との和と、第3属性素子603Aの発生電荷と第6属性素子606Aの発生電荷との和と、の差に基づいて、重錘体150に対してy軸方向に作用したコリオリ力fyを検出するy軸検出機能を有し、更に、第4属性素子604B、第5属性素子605、第6属性素子606B、第10属性素子610B、第11属性素子611、第12属性素子612Bの各発生電荷の総和と、第1属性素子601B、第2属性素子602、第3属性素子603B、第7属性素子607B、第8属性素子608、第9属性素子609Bの各発生電荷の総和と、の差に基づいて、重錘体150に対してz軸方向に作用したコリオリ力fzを検出するz軸検出機能を有することになる。   On the other hand, when the circuit shown in the circuit diagram of FIG. 16 is adopted as the detection circuit incorporated in the detection circuit 510, the detection circuit 510 has the generated charge of the ninth attribute element 609A and the generated charge of the twelfth attribute element 612A. And the Coriolis force fx acting in the x-axis direction on the weight body 150 is detected based on the difference between the sum of the two and the sum of the charge generated by the seventh attribute element 607A and the charge generated by the tenth attribute element 610A It has an x-axis detection function. The detection circuit 510 also includes the sum of the charge generated by the first attribute element 601A and the charge generated by the fourth attribute element 604A, and the sum of the charge generated by the third attribute element 603A and the charge generated by the sixth attribute element 606A. And a y-axis detection function for detecting the Coriolis force fy acting on the weight 150 in the y-axis direction, and further, a fourth attribute element 604B, a fifth attribute element 605, The total generated charges of the six attribute element 606B, the tenth attribute element 610B, the eleventh attribute element 611, and the twelfth attribute element 612B, the first attribute element 601B, the second attribute element 602, the third attribute element 603B, and the seventh attribute element A z-axis that detects a Coriolis force fz that has acted on the weight 150 in the z-axis direction based on the difference between the generated charges of the attribute element 607B, the eighth attribute element 608, and the ninth attribute element 609B. Detector It will have.

なお、図15もしくは図16に例示するような検出用回路に用いる圧電素子と、図18もしくは図19に例示するような駆動用回路に用いる圧電素子とが、同一属性素子(同一の参照領域内に配置されるべき素子)になる場合には、それぞれ別個独立した素子として、同一の参照領域内に配置すればよい。前述したとおり、本発明を実施するにあたり、1つの参照領域内には必ずしも1つの動作用素子のみを配置する必要はなく、同一の属性素子が複数必要な場合には、同一の参照領域内に複数の異なる動作用素子を配置してかまわない。   Note that the piezoelectric element used in the detection circuit illustrated in FIG. 15 or FIG. 16 and the piezoelectric element used in the drive circuit illustrated in FIG. 18 or FIG. 19 have the same attribute element (in the same reference region). Elements to be arranged in the same reference area, they may be arranged in the same reference region as separate and independent elements. As described above, in carrying out the present invention, it is not always necessary to arrange only one operation element in one reference area. If a plurality of the same attribute elements are required, the same reference area is included. A plurality of different operating elements may be arranged.

このように、検出回路510に組み込む駆動用回路として、図18もしくは図19に例示するような回路を採用し、検出用回路として、図15もしくは図16に例示するような回路を採用すれば、重錘体150をxyz三次元座標系の任意の座標軸方向に振動させることができ、重錘体150に作用したxyz三次元座標系の任意の座標軸方向のコリオリ力を検出することができる。   In this way, if a circuit as illustrated in FIG. 18 or 19 is employed as the driving circuit incorporated in the detection circuit 510, and a circuit as illustrated in FIG. 15 or 16 is employed as the detection circuit, The weight body 150 can be vibrated in the arbitrary coordinate axis direction of the xyz three-dimensional coordinate system, and the Coriolis force in the arbitrary coordinate axis direction of the xyz three-dimensional coordinate system acting on the weight body 150 can be detected.

たとえば、駆動用回路により重錘体150に対してx軸方向の振動Uxを与えた状態において、検出用回路により重錘体150に作用するy軸方向のコリオリ力fyを検出すれば、当該検出値を、装置筐体に作用したz軸まわりの角速度ωzの検出値として出力することができる。このような方法により、z軸まわりの角速度ωzのみを検出する機能をもった1軸検出型の角速度センサを構成する場合は、駆動用回路には、x軸方向の振動Uxを与えるためのx軸励振機能を設け、検出用回路には、y軸方向のコリオリ力fyを検出するためのy軸検出機能を設けておけば足りる。   For example, if the detection circuit detects a Coriolis force fy in the y-axis direction acting on the weight body 150 in a state where the vibration body Ux in the x-axis direction is applied to the weight body 150 by the driving circuit, the detection is performed. The value can be output as a detected value of the angular velocity ωz about the z-axis acting on the apparatus housing. When a single-axis detection type angular velocity sensor having a function of detecting only the angular velocity ωz around the z-axis is configured by such a method, the drive circuit is provided with x for applying the vibration Ux in the x-axis direction. It is only necessary to provide an axis excitation function and to provide a detection circuit with a y-axis detection function for detecting the Coriolis force fy in the y-axis direction.

もちろん、z軸まわりの角速度ωzを検出する方法としては、y軸方向の振動Uyを与えた状態において、重錘体150に作用するx軸方向のコリオリ力fxを検出する方法を採ることも可能であり、このような方法により、z軸まわりの角速度ωzのみを検出する機能をもった1軸検出型の角速度センサを構成する場合は、駆動用回路には、y軸方向の振動Uyを与えるためのy軸励振機能を設け、検出用回路には、x軸方向のコリオリ力fxを検出するためのx軸検出機能を設けておけば足りる。   Of course, as a method of detecting the angular velocity ωz around the z-axis, a method of detecting the Coriolis force fx in the x-axis direction acting on the weight body 150 in a state where the vibration Uy in the y-axis direction is applied can be adopted. When a single-axis detection type angular velocity sensor having a function of detecting only the angular velocity ωz around the z-axis is configured by such a method, a vibration Uy in the y-axis direction is applied to the driving circuit. It is sufficient to provide a y-axis excitation function for detecting the x-axis, and to provide an x-axis detection function for detecting the Coriolis force fx in the x-axis direction.

結局、xyz三次元座標系における特定の1軸まわりの角速度のみを検出する機能をもった1軸検出型の角速度センサを構成するには、次の6通りの検出方法のいずれかを採用すればよい。   After all, in order to construct a single axis detection type angular velocity sensor having a function of detecting only an angular velocity around a specific one axis in the xyz three-dimensional coordinate system, any one of the following six detection methods can be adopted. Good.

(1) x軸励振機能により重錘体にx軸方向の振動Uxを与え、y軸検出機能によりy軸方向に作用したコリオリ力fyを求め、z軸まわりの角速度ωzを検出する。
(2) x軸励振機能により重錘体にx軸方向の振動Uxを与え、z軸検出機能によりz軸方向に作用したコリオリ力fzを求め、y軸まわりの角速度ωyを検出する。
(3) y軸励振機能により重錘体にy軸方向の振動Uyを与え、x軸検出機能によりx軸方向に作用したコリオリ力fxを求め、z軸まわりの角速度ωzを検出する。
(4) y軸励振機能により重錘体にy軸方向の振動Uyを与え、z軸検出機能によりz軸方向に作用したコリオリ力fzを求め、x軸まわりの角速度ωxを検出する。
(5) z軸励振機能により重錘体にz軸方向の振動Uzを与え、x軸検出機能によりx軸方向に作用したコリオリ力fxを求め、y軸まわりの角速度ωyを検出する。
(6) z軸励振機能により重錘体にz軸方向の振動Uzを与え、y軸検出機能によりy軸方向に作用したコリオリ力fyを求め、x軸まわりの角速度ωxを検出する。
(1) The vibration body Ux in the x-axis direction is applied to the weight body by the x-axis excitation function, the Coriolis force fy acting in the y-axis direction is obtained by the y-axis detection function, and the angular velocity ωz around the z-axis is detected.
(2) The vibration Ux in the x-axis direction is applied to the weight body by the x-axis excitation function, the Coriolis force fz acting in the z-axis direction is obtained by the z-axis detection function, and the angular velocity ωy around the y-axis is detected.
(3) The y-axis vibration function Uy is applied to the weight body by the y-axis excitation function, the Coriolis force fx acting in the x-axis direction is obtained by the x-axis detection function, and the angular velocity ωz around the z-axis is detected.
(4) The y-axis vibration function Uy is applied to the weight body by the y-axis excitation function, the Coriolis force fz acting in the z-axis direction is obtained by the z-axis detection function, and the angular velocity ωx around the x-axis is detected.
(5) The z-axis excitation function gives the weight Uz in the z-axis direction, the x-axis detection function obtains the Coriolis force fx acting in the x-axis direction, and detects the angular velocity ωy around the y-axis.
(6) The z-axis excitation function applies a vibration Uz in the z-axis direction to the weight body, the y-axis detection function obtains the Coriolis force fy acting in the y-axis direction, and detects the angular velocity ωx around the x-axis.

このような1軸検出型の角速度センサを構成する場合、前述したx軸励振機能,y軸励振機能,z軸励振機能のうち、検出動作に必要ないずれか1つの励振機能を用意し、前述したx軸検出機能,y軸検出機能,z軸検出機能のうち、検出動作に必要ないずれか1つの検出機能を用意しておけば足りる。   In the case of configuring such a single-axis detection type angular velocity sensor, any one of the above-described x-axis excitation function, y-axis excitation function, and z-axis excitation function required for the detection operation is prepared. Of the x-axis detection function, the y-axis detection function, and the z-axis detection function, it is sufficient to prepare any one detection function necessary for the detection operation.

また、xyz三次元座標系における特定の2軸まわりの角速度を検出する機能をもった2軸検出型の角速度センサを構成するには、次の3通りの検出方法のいずれかを採用すればよい。   In order to construct a two-axis detection type angular velocity sensor having a function of detecting angular velocities around two specific axes in the xyz three-dimensional coordinate system, one of the following three detection methods may be employed. .

(1) x軸励振機能により重錘体にx軸方向の振動Uxを与えた状態で、y軸検出機能によりy軸方向に作用したコリオリ力fyを求め、z軸まわりの角速度ωzを検出するとともに、z軸検出機能によりz軸方向に作用したコリオリ力fzを求め、y軸まわりの角速度ωyを検出する。
(2) y軸励振機能により重錘体にy軸方向の振動Uyを与えた状態で、x軸検出機能によりx軸方向に作用したコリオリ力fxを求め、z軸まわりの角速度ωzを検出するとともに、z軸検出機能によりz軸方向に作用したコリオリ力fzを求め、x軸まわりの角速度ωxを検出する。
(3) z軸励振機能により重錘体にz軸方向の振動Uzを与えた状態で、y軸検出機能によりy軸方向に作用したコリオリ力fyを求め、x軸まわりの角速度ωxを検出するとともに、x軸検出機能によりx軸方向に作用したコリオリ力fxを求め、y軸まわりの角速度ωyを検出する。
(1) The Coriolis force fy acting in the y-axis direction is obtained by the y-axis detection function in the state where the x-axis vibration Ux is applied to the weight body by the x-axis excitation function, and the angular velocity ωz around the z-axis is detected. At the same time, the Coriolis force fz acting in the z-axis direction is obtained by the z-axis detection function, and the angular velocity ωy around the y-axis is detected.
(2) The Coriolis force fx acting in the x-axis direction is obtained by the x-axis detection function while the y-axis excitation function is applied to the weight body in the y-axis direction, and the angular velocity ωz around the z-axis is detected. At the same time, the Coriolis force fz acting in the z-axis direction is obtained by the z-axis detection function, and the angular velocity ωx around the x-axis is detected.
(3) The Coriolis force fy acting in the y-axis direction is obtained by the y-axis detection function while the z-axis excitation function is applied to the weight body in the z-axis direction, and the angular velocity ωx around the x-axis is detected. At the same time, the Coriolis force fx acting in the x-axis direction is obtained by the x-axis detection function, and the angular velocity ωy around the y-axis is detected.

一方、xyz三次元座標系における3軸すべての座標軸まわりの角速度を検出する機能をもった3軸検出型の角速度センサは、上述した1軸検出型の角速度センサと2軸検出型の角速度センサとを組み合わせることにより構成することができる。但し、振動軸が2通り必要になるので、時分割検出動作を行い、第1の検出期間と第2の検出期間とで、振動方向を切り替える必要がある。   On the other hand, a three-axis detection type angular velocity sensor having a function of detecting angular velocities around all three coordinate axes in the xyz three-dimensional coordinate system includes the above-described one-axis detection type angular velocity sensor and two-axis detection type angular velocity sensor. It can comprise by combining. However, since two types of vibration axes are required, it is necessary to perform a time division detection operation and switch the vibration direction between the first detection period and the second detection period.

たとえば、第1の検出期間において、前掲の1軸検出型の角速度センサにおける(2) の検出方法「x軸励振機能により重錘体にx軸方向の振動Uxを与え、z軸検出機能によりz軸方向に作用したコリオリ力fzを求め、y軸まわりの角速度ωyを検出する」を採用し、第2の検出期間において、前掲の2軸検出型の角速度センサにおける(2) の検出方法「y軸励振機能により重錘体にy軸方向の振動Uyを与えた状態で、x軸検出機能によりx軸方向に作用したコリオリ力fxを求め、z軸まわりの角速度ωzを検出するとともに、z軸検出機能によりz軸方向に作用したコリオリ力fzを求め、x軸まわりの角速度ωxを検出する」を採用すれば、第1の検出期間ではx軸方向に振動させ、第2の検出期間ではy軸方向に振動させる、というような振動方向の切り替えが必要になるが、3軸まわりの角速度ωx,ωy,ωzのすべてを検出可能な3軸検出型の角速度センサを構成することができる。もちろん、検出方法の組み合わせは、上例に限定されるものではない。   For example, in the first detection period, the detection method “(2) in the above-described single-axis detection type angular velocity sensor“ the vibration Ux in the x-axis direction is applied to the weight body by the x-axis excitation function and z is detected by the z-axis detection function ”. The Coriolis force fz acting in the axial direction is obtained and the angular velocity ωy about the y-axis is detected ”, and in the second detection period, the detection method“ y ” In a state where the vibration body Uy is applied to the weight body by the shaft excitation function, the Coriolis force fx acting in the x-axis direction is obtained by the x-axis detection function, and the angular velocity ωz around the z-axis is detected, and the z-axis If the Coriolis force fz acting in the z-axis direction is obtained by the detection function and the angular velocity ωx around the x-axis is detected, the vibration is caused in the x-axis direction in the first detection period and y in the second detection period. To vibrate in the axial direction It is necessary to switch Urn Do vibration direction, but the angular velocity ωx about the three axes, .omega.y, it is possible to configure the angular velocity sensor 3 axis detection type capable of detecting all .omega.z. Of course, the combination of detection methods is not limited to the above example.

結局、2軸検出型の角速度センサや2軸検出型の角速度センサを構成する場合も、前述したx軸励振機能,y軸励振機能,z軸励振機能のうち、検出動作に必要な1つもしくは複数の励振機能を用意し、前述したx軸検出機能,y軸検出機能,z軸検出機能のうち、検出動作に必要な1つもしくは複数の検出機能を用意すればよい。   Eventually, even when a two-axis detection type angular velocity sensor or a two-axis detection type angular velocity sensor is configured, one of the above-described x-axis excitation function, y-axis excitation function, and z-axis excitation function is required. A plurality of excitation functions may be prepared, and one or a plurality of detection functions necessary for the detection operation may be prepared among the above-described x-axis detection function, y-axis detection function, and z-axis detection function.

<<< §6. 角速度検出装置 >>>
§5では、圧電素子を用いて角速度検出が可能な慣性センサ(角速度センサ)の実施形態を述べたが、ここでは、このような角速度の検出機能をもった慣性センサを複数n組設けて複合装置を構成することにより、より正確な角速度検出を可能にする実施形態を説明する。本願では、説明の便宜上、§5で述べた単一の検出装置を、これまでどおり「慣性センサ」もしくは「角速度センサ」と呼び、この§6で述べる複合装置を「角速度検出装置」と呼ぶことにする。ここで述べる「角速度検出装置」は、§5で述べた「慣性センサ」(「角速度センサ」)を複数n組(ここでは、n=2に設定した例と、n=4に設定した例を述べる)だけ組み合わせることによって構成された複合装置ということになる。
<<< §6. Angular velocity detector >>>
In §5, an embodiment of an inertial sensor (angular velocity sensor) capable of detecting an angular velocity using a piezoelectric element has been described. Here, a plurality of n inertia sensors having such an angular velocity detection function are provided and combined. An embodiment that enables more accurate angular velocity detection by configuring the apparatus will be described. In the present application, for convenience of explanation, the single detection device described in §5 will be referred to as “inertia sensor” or “angular velocity sensor” as before, and the composite device described in §6 will be referred to as “angular velocity detection device”. To. The “angular velocity detection device” described here includes a plurality of n sets of “inertia sensors” (“angular velocity sensors”) described in §5 (here, an example in which n = 2 is set and an example in which n = 4 is set) It will be a composite device constructed by combining only those described.

また、これまでの説明では、小文字のx,y,zで示される座標軸をもつxyz三次元座標系に基づいて慣性センサの動作説明を行ったが、ここでは、大文字のX,Y,Zで示される座標軸をもつXYZ三次元座標系に基づいて角速度検出装置の動作説明を行うことにする。xyz三次元座標系は、個々の慣性センサについて定義されたローカル座標系であるのに対して、XYZ三次元座標系は、これら慣性センサが複数組配置された空間に定義されるグローバル座標系ということになる。なお、n組の各慣性センサは、そのx軸,y軸,z軸が、角速度検出装置について定義されたXYZ三次元座標系におけるX軸,Y軸,Z軸に対してそれぞれ平行となるように配置される。   In the description so far, the operation of the inertial sensor has been described based on the xyz three-dimensional coordinate system having the coordinate axes indicated by the lowercase letters x, y, and z. Here, the uppercase letters X, Y, and Z are used. The operation of the angular velocity detection device will be described based on an XYZ three-dimensional coordinate system having the coordinate axes shown. The xyz three-dimensional coordinate system is a local coordinate system defined for each inertial sensor, whereas the XYZ three-dimensional coordinate system is a global coordinate system defined in a space where a plurality of sets of these inertial sensors are arranged. It will be. Note that each of the n sets of inertial sensors has an x-axis, a y-axis, and a z-axis that are parallel to the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis in the XYZ three-dimensional coordinate system defined for the angular velocity detection device. Placed in.

ここで述べる角速度検出装置は、このXYZ三次元座標系における所定の座標軸まわりに作用した角速度を検出する機能を有する。そのため、この角速度検出装置は、n組の各慣性センサの検出回路510がそれぞれ検出した所定軸まわりの角速度ωx,ωy,ωzに基づいて、XYZ三次元座標系における所定の座標軸まわりに作用した角速度ωX,ωY,ωZの検出値を出力する角速度出力部を更に備えている。   The angular velocity detection device described here has a function of detecting an angular velocity acting around a predetermined coordinate axis in the XYZ three-dimensional coordinate system. For this reason, this angular velocity detection apparatus is based on the angular velocities ωx, ωy, ωz around the predetermined axes detected by the detection circuits 510 of the n sets of inertial sensors, respectively, and the angular velocities acting around the predetermined coordinate axes in the XYZ three-dimensional coordinate system. An angular velocity output unit that outputs detection values of ωX, ωY, and ωZ is further provided.

この§6で述べる角速度検出装置は、必ずしも§5で述べた角速度センサを用いて構成する必要はなく、従来から知られている任意の角速度センサを用いて構成することも可能である。ただ、ここでは、この角速度検出装置を、§5で述べた角速度センサを2組もしくは4組用いて構成した実施形態に基づいて説明する。   The angular velocity detection device described in §6 is not necessarily configured using the angular velocity sensor described in §5, and can be configured using any conventionally known angular velocity sensor. However, here, this angular velocity detection device will be described based on an embodiment in which two or four angular velocity sensors described in §5 are used.

<6−1. 慣性センサを2組用いた実施形態>
図20は、図14に示す慣性センサを2組設けることにより構成された角速度検出装置1000の基本構造体の部分を示す平面図である。図におけるハッチングは、この基本構造体の形状を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない。
<6-1. Embodiment using two sets of inertial sensors>
FIG. 20 is a plan view showing a portion of the basic structure of the angular velocity detection device 1000 configured by providing two sets of inertial sensors shown in FIG. The hatching in the figure is given to clearly show the shape of the basic structure, and does not show a cross section.

この角速度検出装置1000は、第1の慣性センサAと第2の慣性センサBとを、X軸に沿って隣接して配置したものであり、図20には、第1の慣性センサAの基本構造体100Aと第2の慣性センサBの基本構造体100Bとが左右に並置され、一部が融合された状態が示されている。   In this angular velocity detection device 1000, a first inertial sensor A and a second inertial sensor B are arranged adjacent to each other along the X axis. FIG. 20 shows the basics of the first inertial sensor A. The structure 100A and the basic structure 100B of the second inertial sensor B are juxtaposed on the left and right, and a state where a part thereof is fused is shown.

基本構造体100A,100Bは、いずれも図2に示す基本構造体100と同じ構造体である(但し、100Bは鏡像関係にある構造体)。すなわち、基本構造体100Aは、固定部用板状部材110A,第1の板状橋梁部120A,第2の板状橋梁部130A,重錘接続部140A,重錘体150Aを備えており、基本構造体100Bは、固定部用板状部材110B,第1の板状橋梁部120B,第2の板状橋梁部130B,重錘接続部140B,重錘体150Bを備えている。固定部用板状部材110Aの右端と固定部用板状部材110Bの左端とは、図示のとおり接合されており、基本構造体100A,100Bは相互に融合した一体構造をなす。   The basic structures 100A and 100B are both the same structure as the basic structure 100 shown in FIG. 2 (where 100B is a mirror image structure). That is, the basic structure 100A includes a fixed portion plate member 110A, a first plate bridge portion 120A, a second plate bridge portion 130A, a weight connection portion 140A, and a weight body 150A. The structural body 100B includes a plate member 110B for a fixing portion, a first plate-like bridge portion 120B, a second plate-like bridge portion 130B, a weight connection portion 140B, and a weight body 150B. The right end of the fixed portion plate member 110A and the left end of the fixed portion plate member 110B are joined as shown in the figure, and the basic structures 100A and 100B form an integral structure.

なお、図示のとおり、基本構造体100Aと100Bは、対称面S(紙面に垂直な面)に関して対称形となるように配置されており、両者の形状は鏡像関係になっている。各基本構造体100A,100Bには、図4に示すような参照領域R1〜R12が定義され、各参照領域R1〜R12には、たとえば、図14(a) に示すように、圧電素子601〜612が形成されている。   As shown in the figure, the basic structures 100A and 100B are arranged so as to be symmetric with respect to the symmetry plane S (a plane perpendicular to the paper), and the shapes of the two are mirror images. Reference regions R1 to R12 as shown in FIG. 4 are defined in the basic structures 100A and 100B. The reference regions R1 to R12 include, for example, piezoelectric elements 601 to 601 as shown in FIG. 612 is formed.

図21は、図20に示す基本構造体について定義されたXYZ三次元座標系(グローバル座標系)と、個々の慣性センサA,Bについて定義されたxyz三次元座標系(ローカル座標系)との関係を示す平面図である。ここでは、図示のとおり、角速度検出装置1000の基本構造体の中心位置に、原点Qをとり、図の右方向にX軸、図の上方向にY軸、図の紙面垂直手前方向にZ軸をとることにより、XYZ三次元座標系を定義する(xyz三次元座標系の原点Oと区別するため、XYZ三次元座標系では、原点をQとする)。   21 shows an XYZ three-dimensional coordinate system (global coordinate system) defined for the basic structure shown in FIG. 20 and an xyz three-dimensional coordinate system (local coordinate system) defined for individual inertial sensors A and B. It is a top view which shows a relationship. Here, as shown in the figure, the origin Q is taken at the center position of the basic structure of the angular velocity detecting device 1000, the X axis is in the right direction in the figure, the Y axis is in the upward direction in the figure, and the Z axis is in the vertical direction in the drawing. To define an XYZ three-dimensional coordinate system (to distinguish it from the origin O of the xyz three-dimensional coordinate system, the origin is set to Q in the XYZ three-dimensional coordinate system).

X軸は、基本構造体100A上に定義されたxyz三次元座標系の原点Oと、基本構造体100B上に定義されたxyz三次元座標系の原点Oとを結ぶ線上に定義されている。前述したとおり、基本構造体100A上に定義されたxyz三次元座標系のx軸,y軸,z軸と、基本構造体100B上に定義されたxyz三次元座標系のx軸,y軸,z軸は、XYZ三次元座標系におけるX軸,Y軸,Z軸に対してそれぞれ平行になる(基本構造体100B上に定義されたxyz三次元座標系のx軸の向きだけが、X軸の向きとは逆方向になる)。   The X axis is defined on a line connecting the origin O of the xyz three-dimensional coordinate system defined on the basic structure 100A and the origin O of the xyz three-dimensional coordinate system defined on the basic structure 100B. As described above, the x-axis, y-axis, and z-axis of the xyz three-dimensional coordinate system defined on the basic structure 100A, and the x-axis, y-axis of the xyz three-dimensional coordinate system defined on the basic structure 100B, The z-axis is parallel to the X-axis, Y-axis, and Z-axis in the XYZ three-dimensional coordinate system (only the x-axis direction of the xyz three-dimensional coordinate system defined on the basic structure 100B is the X-axis Is the opposite direction).

図21の下段に示されている検出回路510Aは第1の慣性センサAに備わっている検出回路であり、検出回路510Bは第2の慣性センサBに備わっている検出回路である。検出回路510Aは、重錘体150Aを所望の座標軸(x軸,y軸,もしくはz軸)方向に振動させる励振機能と、重錘体150Aに作用する所定の座標軸(x軸,y軸,もしくはz軸)方向のコリオリ力を検出する検出機能とを有し、所定の座標軸まわりの角速度(ωx,ωyもしくはωz)を検出する。同様に、検出回路510Bは、重錘体150Bを所望の座標軸(x軸,y軸,もしくはz軸)方向に振動させる励振機能と、重錘体150Bに作用する所定の座標軸(x軸,y軸,もしくはz軸)方向のコリオリ力を検出する検出機能とを有し、所定の座標軸まわりの角速度(ωx,ωyもしくはωz)を検出する。   A detection circuit 510A shown in the lower part of FIG. 21 is a detection circuit provided in the first inertial sensor A, and a detection circuit 510B is a detection circuit provided in the second inertial sensor B. The detection circuit 510A has an excitation function for vibrating the weight body 150A in a desired coordinate axis (x-axis, y-axis, or z-axis) direction and a predetermined coordinate axis (x-axis, y-axis, or and a detection function for detecting the Coriolis force in the z-axis direction, and detects an angular velocity (ωx, ωy or ωz) around a predetermined coordinate axis. Similarly, the detection circuit 510B includes an excitation function for vibrating the weight body 150B in a desired coordinate axis (x axis, y axis, or z axis) direction and a predetermined coordinate axis (x axis, y acting on the weight body 150B). And a detection function for detecting the Coriolis force in the direction of the axis or the z-axis) and detecting an angular velocity (ωx, ωy or ωz) around a predetermined coordinate axis.

角速度出力部550は、これら検出回路510A,510Bがそれぞれ検出した所定軸まわりの角速度(ωx,ωyもしくはωz)に基づいて、XYZ三次元座標系における所定の座標軸まわりに作用した角速度ωX,ωYもしくはωZの検出値を出力する処理を行う。   The angular velocity output unit 550 is based on the angular velocities (ωx, ωy, or ωz) around the predetermined axes detected by the detection circuits 510A and 510B, respectively, and the angular velocities ωX, ωY or the like acting around the predetermined coordinate axes in the XYZ three-dimensional coordinate system. Processing to output the detected value of ωZ is performed.

この図21に示す角速度検出装置1000の最も単純な動作態様は、2組の重錘体150A,150Bの振動軸を共通にし、特定の1軸まわりの角速度を検出する1軸検出型の角速度検出装置として動作させる態様である。図22は、このような振動態様の一例を示す平面図である。図において、点Ga,Gbは、それぞれ重錘体150A,150Bの重心点であり、重錘体150A,150Bは、いずれもX軸を共通の振動軸として振動することになる。   The simplest operation mode of the angular velocity detection device 1000 shown in FIG. 21 is a single-axis detection type angular velocity detection in which the vibration axes of the two sets of weights 150A and 150B are made common and the angular velocity around a specific one axis is detected. This is a mode of operating as a device. FIG. 22 is a plan view showing an example of such a vibration mode. In the figure, points Ga and Gb are the gravity center points of the weight bodies 150A and 150B, respectively, and the weight bodies 150A and 150B both vibrate using the X axis as a common vibration axis.

図示の例では、重錘体150Aに対してはX軸方向の振動UX(+)が与えられ、重錘体150Bに対してはX軸方向の振動UX(−)が与えられる。ここで、一方の振動がUX(+),他方の振動がUX(−)となっているのは、両者の振動が、同一周期でありながら、逆位相の振動であることを示すためである。すなわち、重錘体150Aが図の左方に移動している期間中、重錘体150Bは図の右方に移動し、逆に、重錘体150Aが図の右方に移動している期間中、重錘体150Bは図の左方に移動することになる。   In the illustrated example, vibration UX (+) in the X-axis direction is applied to the weight body 150A, and vibration UX (−) in the X-axis direction is applied to the weight body 150B. Here, the reason that one vibration is UX (+) and the other vibration is UX (−) is to indicate that both vibrations are vibrations of opposite phases while having the same period. . That is, during the period in which the weight body 150A moves to the left in the figure, the weight body 150B moves to the right in the figure, and conversely, the period in which the weight body 150A moves to the right in the figure. In the middle, the weight body 150B moves to the left in the figure.

なお、XYZグローバル座標系のX軸に関する振動としては、振動UX(+),UX(−)のように、逆向きの振動ということになるが、個々の慣性センサA,Bにおけるローカル座標系のx軸に関する振動としては、図21に示すとおり、x軸の向きが左右の慣性センサで異なっているため、2組の慣性センサA,Bの各重錘体150A,150Bには、同一位相の振動Uxが与えられることになる。   Note that the vibration about the X axis in the XYZ global coordinate system is a vibration in the reverse direction, such as vibration UX (+), UX (-), but the local coordinate system in each of the inertial sensors A and B As the vibration about the x-axis, as shown in FIG. 21, the directions of the x-axis are different between the right and left inertial sensors, so that the weight bodies 150A and 150B of the two sets of inertial sensors A and B have the same phase. Vibration Ux is given.

このように、2組の重錘体150A,150Bの移動方向が逆転するような駆動を行うのは、装置筐体への振動漏れを低減させるための配慮である。図20に示す構造において、固定部用板状部材110A,110Bの部分は装置筐体に固定されているので、2組の重錘体150A,150Bの振動は、装置筐体へも伝達されることになる。なお、ここでは図示は省略するが、慣性センサAの装置筐体と慣性センサBの装置筐体とは融合され、角速度検出装置1000の装置筐体として、図20に示す基本構造体全体を収容する装置筐体が用意される。   In this way, the drive so that the moving directions of the two sets of weight bodies 150A and 150B are reversed is a consideration for reducing vibration leakage to the apparatus housing. In the structure shown in FIG. 20, since the fixed plate members 110A and 110B are fixed to the apparatus casing, the vibrations of the two sets of weights 150A and 150B are also transmitted to the apparatus casing. It will be. Although not shown here, the device housing of the inertial sensor A and the device housing of the inertial sensor B are merged to accommodate the entire basic structure shown in FIG. 20 as the device housing of the angular velocity detecting device 1000. An apparatus housing is prepared.

このように、重錘体の振動が装置筐体へと伝達されて外部に漏れ出る振動漏れが生じると、重錘体の振動態様が利用時の外部環境の影響を受け、検出結果に悪影響が及ぶことになる。たとえば、振動漏れが生じている装置筐体を手で触れれば、装置筐体の振動態様の変化が重錘体の振動態様に波及し、検出系が外乱の影響を受け、正しい検出値を得ることができなくなる。したがって、外部への振動漏れはできるだけ低減するのが好ましい。   In this way, if vibration of the weight body is transmitted to the device housing and leaks to the outside, the vibration mode of the weight body is affected by the external environment at the time of use, and the detection result is adversely affected. It will reach. For example, if you touch the device case where vibration leakage occurs, the change in the vibration mode of the device case will affect the vibration mode of the weight body, the detection system will be affected by disturbance, and the correct detection value will be displayed. You can't get it. Therefore, it is preferable to reduce vibration leakage to the outside as much as possible.

図22に示すように、2組の重錘体150A,150Bを、X軸を共通の振動軸としつつ、逆位相で振動させる形態を採れば、外部に漏れ出すX軸方向の振動成分が全体的に打ち消され、振動漏れの低減を図ることができる。図20に示すとおり、ここに示す角速度検出装置の場合、基本構造体の構造が対称面Sに関して左右対称となっているため、外部に漏れ出すX軸方向の振動成分はより効果的に打ち消されることになる。   As shown in FIG. 22, if the two sets of weight bodies 150A and 150B are vibrated in opposite phases while using the X axis as a common vibration axis, the vibration component in the X axis direction leaking to the outside is entirely present. Therefore, vibration leakage can be reduced. As shown in FIG. 20, in the angular velocity detection device shown here, the structure of the basic structure is bilaterally symmetric with respect to the symmetry plane S, so the vibration component in the X-axis direction that leaks to the outside is more effectively canceled out. It will be.

図22に示すように、2組の重錘体150A,150BをX軸方向に振動させた状態において、重錘体150Aおよび150Bに作用するローカル座標系におけるy軸方向のコリオリ力fyを検出すれば、慣性センサAからはz軸まわりの角速度ωzaを得ることができ、慣性センサBからはz軸まわりの角速度ωzbを得ることができる。慣性センサAのローカルz軸と慣性センサBのローカルz軸は、グローバルZ軸に対してオフセットを生じているが、いずれも互いに平行な軸になっている。したがって、コリオリの法則に基づく角速度検出では、理論的には、ωza=ωzb=ωZになる。   As shown in FIG. 22, the Coriolis force fy in the y-axis direction in the local coordinate system acting on the weights 150A and 150B is detected in the state where the two sets of weights 150A and 150B are vibrated in the X-axis direction. For example, the inertial sensor A can obtain the angular velocity ωza around the z axis, and the inertial sensor B can obtain the angular velocity ωzb around the z axis. The local z axis of the inertial sensor A and the local z axis of the inertial sensor B are offset from the global Z axis, but both are parallel to each other. Therefore, in the angular velocity detection based on the Coriolis law, theoretically, ωza = ωzb = ωZ.

図21に示す角速度出力部550には、検出回路510Aから検出値ωza、検出回路510Bから検出値ωzbが得られるので、いずれか1つをグローバル座標系上のZ軸まわりの角速度ωZとして出力してもよいし、ωZ=(ωza+ωzb)/2なる式で求まる平均値ωZを、グローバル座標系上のZ軸まわりの角速度として出力してもよい。平均値を出力するようにすれば、センサ個体についての測定誤差によるばらつきを是正した、より正確な検出値を出力できる。   Since the detection value ωza is obtained from the detection circuit 510A and the detection value ωzb is obtained from the detection circuit 510B, the angular velocity output unit 550 shown in FIG. 21 outputs either one as the angular velocity ωZ around the Z axis on the global coordinate system. Alternatively, the average value ωZ obtained by the equation ωZ = (ωza + ωzb) / 2 may be output as the angular velocity around the Z axis on the global coordinate system. By outputting the average value, it is possible to output a more accurate detection value in which variations due to measurement errors for individual sensors are corrected.

一方、図22に示すように、2組の重錘体150A,150BをX軸方向に振動させた状態において、重錘体150Aおよび150Bに作用するローカル座標系におけるz軸方向のコリオリ力fzを検出すれば、それぞれの慣性センサA,Bからy軸まわりの角速度ωya,ωybを得ることができるので、グローバル座標系上のY軸まわりの角速度ωYを出力することも可能である。もちろん、2組の重錘体150A,150BをY軸方向に振動させたり、Z軸方向に振動させたりして、所定軸まわりの角速度検出を行うことも可能である。   On the other hand, as shown in FIG. 22, in a state where the two weight bodies 150A and 150B are vibrated in the X-axis direction, the Coriolis force fz in the z-axis direction in the local coordinate system acting on the weight bodies 150A and 150B is obtained. If detected, the angular velocities ωya and ωyb around the y-axis can be obtained from the inertial sensors A and B, so the angular velocities ωY around the Y-axis on the global coordinate system can be output. Of course, it is also possible to detect the angular velocity around the predetermined axis by vibrating the two sets of weight bodies 150A and 150B in the Y-axis direction or in the Z-axis direction.

結局、図21に示す角速度検出装置1000を、1軸検出型の角速度検出装置として動作させるのであれば、XYZ三次元座標系における第1の座標軸を共通の振動軸に定め、第2の座標軸を共通のコリオリ力検出軸に定め、第3の座標軸を共通の角速度検出軸に定め、各慣性センサA,Bが、それぞれの重錘体を共通の振動軸方向に振動させた状態において、共通のコリオリ力検出軸方向に作用したコリオリ力をそれぞれ求め、共通の角速度検出軸に平行な軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出し、角速度出力部550が、各慣性センサA,Bが検出した角速度のいずれか一方もしくは両方の平均値を、共通の角速度検出軸まわりに作用した角速度の検出値として出力すればよい。   After all, if the angular velocity detection device 1000 shown in FIG. 21 is operated as a single-axis detection type angular velocity detection device, the first coordinate axis in the XYZ three-dimensional coordinate system is set as a common vibration axis, and the second coordinate axis is set. A common Coriolis force detection axis is set, a third coordinate axis is set as a common angular velocity detection axis, and each inertial sensor A, B is in a state where each weight body is vibrated in a common vibration axis direction. The Coriolis force acting in the direction of the Coriolis force detection axis is obtained, the angular velocities acting around the axis parallel to the common angular velocity detection axis are respectively detected, and the angular velocity output unit 550 detects the angular velocity detected by each of the inertial sensors A and B. Either one or both average values may be output as the detected value of the angular velocity acting around the common angular velocity detection axis.

また、図22に示すように、X軸を共通の振動軸として各重錘体150A,150Bを振動させながら、各慣性センサA,Bにおいて、ローカル座標系におけるy軸方向のコリオリ力fyと、ローカル座標系におけるz軸方向のコリオリ力fzとの双方を検出すれば、各慣性センサA,Bにおいて、ローカル座標系におけるz軸まわりの角速度ωza,ωzbと、ローカル座標系におけるy軸まわりの角速度ωya,ωybとを検出することができる。したがって、この装置を2軸検出型の角速度検出装置として動作させることができる。   Further, as shown in FIG. 22, while the weight bodies 150A and 150B are vibrated using the X axis as a common vibration axis, the Coriolis force fy in the y-axis direction in the local coordinate system in each of the inertial sensors A and B, If both the Coriolis force fz in the z-axis direction in the local coordinate system is detected, in each of the inertial sensors A and B, angular velocities ωza and ωzb around the z-axis in the local coordinate system and angular velocities around the y-axis in the local coordinate system. ωya and ωyb can be detected. Therefore, this apparatus can be operated as a two-axis detection type angular velocity detection apparatus.

この場合も、ローカル座標系におけるz軸やy軸は、2つの慣性センサA,Bで異なる軸になるため、検出回路510Aから出力される角速度の検出値ωza,ωyaと、検出回路510Bから出力される角速度の検出値ωzb,ωybとは、それぞれ異なる軸まわりの検出値ということになる。しかしながら、2つの慣性センサA,Bのローカル座標系におけるz軸やy軸は、グローバル座標系におけるZ軸やY軸に平行な軸であるため、前述したとおり、理論上は、ωza=ωzb=ωZ、ωya=ωyb=ωYになる。したがって、ωzaもしくはωzbの一方をグローバル座標系におけるZ軸まわりの角速度ωZとして出力し、ωyaもしくはωybの一方をグローバル座標系におけるY軸まわりの角速度ωYとして出力すればよい。もちろん、より正確な検出値を出力するために、検出値ωzaとωzbの平均値をグローバル座標系におけるZ軸まわりの角速度ωZとして出力し、検出値ωyaとωybの平均値をグローバル座標系におけるY軸まわりの角速度ωYとして出力してもよい。   Also in this case, since the z-axis and y-axis in the local coordinate system are different axes between the two inertial sensors A and B, the angular velocity detection values ωza and ωya output from the detection circuit 510A and the detection circuit 510B output them. The detected angular velocity values ωzb and ωyb are detected values around different axes. However, since the z-axis and y-axis in the local coordinate system of the two inertial sensors A and B are axes parallel to the Z-axis and Y-axis in the global coordinate system, theoretically, ωza = ωzb = ωZ, ωya = ωyb = ωY. Accordingly, either ωza or ωzb may be output as the angular velocity ωZ around the Z axis in the global coordinate system, and one of ωya or ωyb may be output as the angular velocity ωY around the Y axis in the global coordinate system. Of course, in order to output a more accurate detection value, the average value of the detection values ωza and ωzb is output as the angular velocity ωZ around the Z axis in the global coordinate system, and the average value of the detection values ωya and ωyb is output in the global coordinate system Y You may output as angular velocity (omega) Y around an axis | shaft.

結局、図21に示す角速度検出装置1000を、2軸検出型の角速度検出装置として動作させるのであれば、XYZ三次元座標系における第1の座標軸を共通の振動軸に定め、各慣性センサA,Bが、それぞれの重錘体を共通の振動軸方向に振動させた状態において、第2の座標軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより第3の座標軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出するとともに、第3の座標軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより第2の座標軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出し、角速度出力部550が、各慣性センサが検出した角速度のうち、第3の座標軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度のいずれか一方もしくは両方の平均値を当該第3の座標軸まわりに作用した角速度の検出値として出力するとともに、第2の座標軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度のいずれか一方もしくは両方の平均値を当該第2の座標軸まわりに作用した角速度の検出値として出力すればよい。   After all, if the angular velocity detection device 1000 shown in FIG. 21 is operated as a two-axis detection type angular velocity detection device, the first coordinate axis in the XYZ three-dimensional coordinate system is defined as a common vibration axis, and each inertial sensor A, B obtains the angular velocity acting around the local axis parallel to the third coordinate axis by obtaining the Coriolis force acting in the second coordinate axis direction in a state where each weight body vibrates in the common vibration axis direction. The angular velocity acting around the local axis parallel to the second coordinate axis is detected by detecting the Coriolis force acting in the third coordinate axis direction, and the angular velocity output unit 550 detects each inertial sensor. Among the angular velocities, the average value of one or both of the angular velocities acting around the local axis parallel to the third coordinate axis is calculated around the third coordinate axis. Output as the detected value of the acting angular velocity, and output the average value of one or both of the angular velocities acting around the local axis parallel to the second coordinate axis as the detected value of the angular velocity acting around the second coordinate axis do it.

一方、図21に示す角速度検出装置1000を、3軸検出型の角速度検出装置として動作させるためには、前述したように、個々の慣性センサA,Bにおいて、それぞれ時分割検出動作を行い、第1の検出期間と第2の検出期間とで、振動方向を切り替える方法を採ることも可能であるが、実用上は、2組の慣性センサA,Bを内蔵している利点を生かして、2組の慣性センサA,Bにおける重錘体の振動方向を異ならせる方法を採るのが好ましい。これは、一般に、同一の重錘体の振動方向を切り替える操作を行うと、重錘体の振動が安定するまでに所定の時間が必要になり、振動が不安定な期間に検出値が得られなくなるという弊害があるためである。   On the other hand, in order to operate the angular velocity detection device 1000 shown in FIG. 21 as a three-axis detection type angular velocity detection device, as described above, each of the inertial sensors A and B performs a time-division detection operation. Although it is possible to adopt a method of switching the vibration direction between the first detection period and the second detection period, in practice, the advantage of incorporating two sets of inertial sensors A and B is 2 It is preferable to adopt a method in which the vibration direction of the weight body in the pair of inertial sensors A and B is made different. In general, when an operation for switching the vibration direction of the same weight body is performed, a predetermined time is required until the vibration of the weight body is stabilized, and a detection value is obtained during a period when the vibration is unstable. This is because there is a harmful effect of disappearing.

図23は、このような方法を採用した3軸検出型の角速度検出装置における各慣性センサA,Bの重錘体の振動態様の一例を示す平面図である。図示の例では、重錘体150Aに対してはY軸方向の振動UYが与えられ、重錘体150Bに対してはX軸方向の振動UXが与えられる。したがって、左側の慣性センサAは、ローカル座標系におけるx軸まわりの角速度ωxaおよびz軸まわりの角速度ωzaを検出することができ、右側の慣性センサBは、ローカル座標系におけるy軸まわりの角速度ωyb(およびz軸まわりの角速度ωzb)を検出することができる。   FIG. 23 is a plan view showing an example of a vibration mode of the weight body of each of the inertial sensors A and B in the three-axis detection type angular velocity detection device adopting such a method. In the illustrated example, a vibration UY in the Y-axis direction is applied to the weight body 150A, and a vibration UX in the X-axis direction is applied to the weight body 150B. Therefore, the left inertial sensor A can detect the angular velocity ωxa around the x axis and the angular velocity ωza around the z axis in the local coordinate system, and the right inertial sensor B can detect the angular velocity ωyb around the y axis in the local coordinate system. (And angular velocity ωzb around the z-axis) can be detected.

そこで、たとえば、角速度出力部550が、慣性センサAが検出したx軸まわりの角速度ωxaをグローバル座標系のX軸まわりの角速度ωXとして出力し、慣性センサAが検出したz軸まわりの角速度ωzaをグローバル座標系のZ軸まわりの角速度ωZとして出力し、慣性センサBが検出したy軸まわりの角速度ωybをグローバル座標系のY軸まわりの角速度ωYとして出力すれば、3軸まわりの角速度ωX,ωY,ωZを得ることができる。   Therefore, for example, the angular velocity output unit 550 outputs the angular velocity ωxa around the x axis detected by the inertial sensor A as the angular velocity ωX around the X axis in the global coordinate system, and the angular velocity ωza around the z axis detected by the inertial sensor A is obtained. If the angular velocity ωZ around the Y axis in the global coordinate system is output as the angular velocity ωZ around the Y axis in the global coordinate system, the angular velocity ωZ around the Z axis in the global coordinate system is output as the angular velocity ωY around the Y axis. , ΩZ can be obtained.

なお、図21に示す例の場合、慣性センサBのx軸の向きは、グローバル座標系のX軸の向きに対して逆転しているため、当該x軸が関与して得られたローカル検出値をグローバル検出値に変換する際には、符号を逆転するなどの修正処理が必要である。   In the case of the example shown in FIG. 21, since the direction of the x-axis of the inertial sensor B is reversed with respect to the direction of the X-axis of the global coordinate system, the local detection value obtained by involving the x-axis. When converting to a global detection value, a correction process such as reversing the sign is required.

結局、図21に示す角速度検出装置1000を、上述した方法で3軸検出型の角速度検出装置として動作させるのであれば、第1の慣性センサAについては、XYZ三次元座標系における第1の座標軸を振動軸、第2の座標軸および第3の座標軸の双方をコリオリ力検出軸にそれぞれ定め、第2の慣性センサBについては、XYZ三次元座標系における第2の座標軸を振動軸、第3の座標軸をコリオリ力検出軸にそれぞれ定め、各慣性センサA,Bが、それぞれの重錘体を各振動軸方向に振動させた状態において、各コリオリ力検出軸方向に作用したコリオリ力をそれぞれ求め、各角速度検出軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出し、角速度出力部が、第1の慣性センサAが検出した角速度に基づいて第2の座標軸まわりに作用した角速度および第3の座標軸まわりに作用した角速度の検出値を出力し、第2の慣性センサが検出した角速度に基づいて第1の座標軸まわりに作用した角速度の検出値を出力すればよい。   Eventually, if the angular velocity detection device 1000 shown in FIG. 21 is operated as a three-axis detection type angular velocity detection device by the above-described method, the first inertial sensor A has the first coordinate axis in the XYZ three-dimensional coordinate system. Is defined as the vibration axis, both the second coordinate axis and the third coordinate axis are Coriolis force detection axes. For the second inertial sensor B, the second coordinate axis in the XYZ three-dimensional coordinate system is the vibration axis, Each of the inertial sensors A and B determines the Coriolis force acting in the direction of each Coriolis force detection axis in a state where each of the inertial sensors A and B vibrates in the direction of each vibration axis. The angular velocity acting around the local axis parallel to each angular velocity detection axis is detected, and the angular velocity output unit detects the second coordinate axis based on the angular velocity detected by the first inertial sensor A. If the angular velocity acting on the third coordinate axis and the detected value of the angular velocity acting around the third coordinate axis are output, and the detected value of the angular velocity acting around the first coordinate axis is output based on the angular velocity detected by the second inertial sensor. Good.

<6−2. 慣性センサを4組用いた実施形態>
図24は、図14に示す慣性センサを4組設けることにより構成された角速度検出装置2000の基本構造体の部分を示す平面図である。図におけるハッチングは、この基本構造体の形状を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない。
<6-2. Embodiment using four sets of inertial sensors>
FIG. 24 is a plan view showing a portion of the basic structure of the angular velocity detection device 2000 configured by providing four sets of inertial sensors shown in FIG. The hatching in the figure is given to clearly show the shape of the basic structure, and does not show a cross section.

この角速度検出装置2000は、慣性センサA、慣性センサB、慣性センサC、慣性センサDを2行2列のマトリックス状に配置したものである。図24の上段部分には、慣性センサAの基本構造体100Aと慣性センサBの基本構造体100Bとを左右に並置した状態が示され、図24の下段部分には、慣性センサCの基本構造体100Cと慣性センサDの基本構造体100Dとを左右に並置した状態が示されている。これら4組の慣性センサA〜Dは、その一部分が対称面S1およびS2を介して融合した状態になっている。   In this angular velocity detection device 2000, inertial sensor A, inertial sensor B, inertial sensor C, and inertial sensor D are arranged in a matrix of 2 rows and 2 columns. 24 shows a state where the basic structure 100A of the inertial sensor A and the basic structure 100B of the inertial sensor B are juxtaposed on the left and right, and the basic structure of the inertial sensor C is shown in the lower part of FIG. A state in which the body 100C and the basic structure 100D of the inertial sensor D are juxtaposed on the left and right is shown. A part of these four sets of inertial sensors A to D are fused via the symmetry planes S1 and S2.

基本構造体100A〜100Dは、いずれも図2に示す基本構造体100と同じ構造体である(一部は鏡像関係にある構造体)。すなわち、基本構造体100Aは、固定部用板状部材110AC,第1の板状橋梁部120A,第2の板状橋梁部130A,重錘接続部140A,重錘体150Aを備えており、基本構造体100Bは、固定部用板状部材110BD,第1の板状橋梁部120B,第2の板状橋梁部130B,重錘接続部140B,重錘体150Bを備えている。   The basic structures 100A to 100D are all the same structure as the basic structure 100 shown in FIG. 2 (a part of the structures are mirror images). In other words, the basic structure 100A includes a plate member 110AC for a fixing portion, a first plate-like bridge portion 120A, a second plate-like bridge portion 130A, a weight connection portion 140A, and a weight body 150A. The structural body 100B includes a plate member 110BD for a fixing portion, a first plate-like bridge portion 120B, a second plate-like bridge portion 130B, a weight connection portion 140B, and a weight body 150B.

また、基本構造体100Cは、固定部用板状部材110AC,第1の板状橋梁部120C,第2の板状橋梁部130C,重錘接続部140C,重錘体150Cを備えており、基本構造体100Dは、固定部用板状部材110BD,第1の板状橋梁部120D,第2の板状橋梁部130D,重錘接続部140D,重錘体150Dを備えている。   The basic structure 100C includes a fixed portion plate member 110AC, a first plate bridge portion 120C, a second plate bridge portion 130C, a weight connection portion 140C, and a weight body 150C. The structure 100D includes a fixed portion plate member 110BD, a first plate bridge portion 120D, a second plate bridge portion 130D, a weight connection portion 140D, and a weight body 150D.

ここで、固定部用板状部材110ACは、基本構造体100Aと100Cとに共通して利用される固定部用板状部材であり、固定部用板状部材110BDは、基本構造体100Bと100Dとに共通して利用される固定部用板状部材である。そして、固定部用板状部材110ACの右端と固定部用板状部材110BDの左端とは、図示のとおり接合されており、4組の基本構造体100A,100B,100C,100Dは相互に融合した一体構造をなす。   Here, the fixing portion plate member 110AC is a fixing portion plate member that is commonly used in the basic structures 100A and 100C, and the fixing portion plate member 110BD is the basic structures 100B and 100D. It is the plate-shaped member for fixing | fixed part utilized in common. The right end of the fixed portion plate member 110AC and the left end of the fixed portion plate member 110BD are joined as illustrated, and the four sets of basic structures 100A, 100B, 100C, and 100D are fused together. It is an integral structure.

なお、図示のとおり、基本構造体100Aと100Bは、対称面S1(紙面に垂直な面)に関して対称形となるように配置されており、両者の形状は鏡像関係になっている。同様に、基本構造体100Cと100Dは、対称面S1(紙面に垂直な面)に関して対称形となるように配置されており、両者の形状は鏡像関係になっている。また、基本構造体100Aと100Cは、対称面S2(紙面に垂直な面)に関して対称形となるように配置されており、両者の形状は鏡像関係になっている。同様に、基本構造体100Bと100Dは、対称面S2(紙面に垂直な面)に関して対称形となるように配置されており、両者の形状は鏡像関係になっている。   As shown in the figure, the basic structures 100A and 100B are arranged so as to be symmetric with respect to the symmetry plane S1 (plane perpendicular to the paper surface), and the shapes of the two are mirror images. Similarly, the basic structures 100C and 100D are arranged so as to be symmetric with respect to the symmetry plane S1 (a plane perpendicular to the paper), and the shapes of the two are mirror images. The basic structures 100A and 100C are arranged so as to be symmetric with respect to the symmetry plane S2 (a plane perpendicular to the paper), and the shapes of the two are mirror images. Similarly, the basic structures 100B and 100D are arranged so as to be symmetrical with respect to the symmetry plane S2 (plane perpendicular to the paper surface), and the shapes of both are in a mirror image relationship.

このように、角速度検出装置2000の基本構造体は、図示する対称面S1に関しても対称形をなし、図示する対称面S2に関しても対称形をなしている。そして、各基本構造体100A〜100Dには、それぞれについて図4に示すような参照領域R1〜R12が定義され、各参照領域R1〜R12には、たとえば、図14(a) に示すように、圧電素子601〜612が形成されている。   As described above, the basic structure of the angular velocity detecting device 2000 is also symmetric with respect to the illustrated symmetry plane S1, and is also symmetric with respect to the illustrated symmetry plane S2. In each of the basic structures 100A to 100D, reference regions R1 to R12 as shown in FIG. 4 are defined. In each of the reference regions R1 to R12, for example, as shown in FIG. Piezoelectric elements 601 to 612 are formed.

図25は、図24に示す基本構造体について定義されたXYZ三次元座標系(グローバル座標系)と、個々の慣性センサA〜Dについて定義されたxyz三次元座標系(ローカル座標系)との関係を示す平面図である。ここでは、図示のとおり、角速度検出装置2000の基本構造体の中心位置に、原点Qをとり、図の右方向にX軸、図の上方向にY軸、図の紙面垂直手前方向にZ軸をとることにより、XYZ三次元座標系を定義する。このようなXYZ三次元座標系を定義すると、慣性センサBは第1象限に配置され、慣性センサAは第2象限に配置され、慣性センサCは第3象限に配置され、慣性センサDは第4象限に配置されていることになる。   25 shows an XYZ three-dimensional coordinate system (global coordinate system) defined for the basic structure shown in FIG. 24 and an xyz three-dimensional coordinate system (local coordinate system) defined for individual inertial sensors AD. It is a top view which shows a relationship. Here, as shown in the drawing, the origin Q is taken at the center position of the basic structure of the angular velocity detecting device 2000, the X axis is in the right direction in the figure, the Y axis is in the upward direction in the figure, and the Z axis is in the vertical direction in the drawing. By taking the above, an XYZ three-dimensional coordinate system is defined. When such an XYZ three-dimensional coordinate system is defined, inertial sensor B is arranged in the first quadrant, inertial sensor A is arranged in the second quadrant, inertial sensor C is arranged in the third quadrant, and inertial sensor D is in the first quadrant. It is arranged in 4 quadrants.

この角速度検出装置2000の基本構造体は、上述した対称性をもった構造を有しているため、個々の慣性センサA〜Dについて定義されたxyz三次元座標系のx軸,y軸,z軸の向きは、X軸およびY軸に関して対称性を有している。なお、前述したように、各慣性センサA〜Dについて定義されたローカル座標系のx軸,y軸,z軸は、グローバル座標系のX軸,Y軸,Z軸に対してそれぞれ平行になる。   Since the basic structure of the angular velocity detection device 2000 has the above-described symmetrical structure, the x-axis, y-axis, and z-axis of the xyz three-dimensional coordinate system defined for the individual inertial sensors AD. The direction of the axis has symmetry with respect to the X axis and the Y axis. As described above, the x-axis, y-axis, and z-axis of the local coordinate system defined for each of the inertial sensors A to D are parallel to the X-axis, Y-axis, and Z-axis of the global coordinate system, respectively. .

図25の下段に示されている検出回路510A〜510Dは、それぞれ慣性センサA〜Dに備わっている検出回路であり、重錘体150A〜Dを振動させる励振機能と、重錘体150A〜Dに作用するコリオリ力を検出する検出機能とを有し、所定の座標軸まわりの角速度を検出できる。角速度出力部560は、これら検出回路510A〜510Dがそれぞれ検出した所定軸まわりの角速度(ωx,ωyもしくはωz)に基づいて、XYZ三次元座標系における所定の座標軸まわりに作用した角速度ωX,ωYもしくはωZの検出値を出力する処理を行う。   Detection circuits 510A to 510D shown in the lower part of FIG. 25 are detection circuits provided in the inertial sensors A to D, respectively, an excitation function for vibrating the weight bodies 150A to 150D, and the weight bodies 150A to 150D. And a detection function for detecting Coriolis force acting on the lens, and an angular velocity around a predetermined coordinate axis can be detected. The angular velocity output unit 560 is based on the angular velocities (ωx, ωy, or ωz) around the predetermined axes detected by the detection circuits 510A to 510D, respectively, and the angular velocities ωX, ωY or the like acting around the predetermined coordinate axes in the XYZ three-dimensional coordinate system. Processing to output the detected value of ωZ is performed.

この図25に示す角速度検出装置2000の最も単純な動作態様は、4組の重錘体150A〜150Dの振動軸を共通にし、特定の1軸まわりの角速度を検出する1軸検出型の角速度検出装置として動作させる態様である。図26は、このような振動態様の一例を示す平面図である。図において、点Ga〜Gdは、それぞれ重錘体150A〜150Dの重心点であり、重錘体150A〜150Dは、いずれもX軸を共通の振動軸として振動することになる。   The simplest operation mode of the angular velocity detection device 2000 shown in FIG. 25 is a single axis detection type angular velocity detection in which the vibration axes of the four sets of weights 150A to 150D are made common and the angular velocity around a specific one axis is detected. This is a mode of operating as a device. FIG. 26 is a plan view showing an example of such a vibration mode. In the figure, points Ga to Gd are gravity center points of the weight bodies 150A to 150D, respectively, and the weight bodies 150A to 150D all vibrate with the X axis as a common vibration axis.

図示の例では、重錘体150A,150Cに対してはX軸方向の振動UX(+)が与えられ、重錘体150B,150Dに対してはX軸方向の振動UX(−)が与えられる。前述したとおり、振動UX(+)とUX(−)とは、同一周期でありながら、逆位相の振動である。このように逆位相の振動を行わせることにより、装置筐体への振動漏れを抑制する効果が得られることは、既に述べたとおりである。なお、装置筐体の図示は省略されているが、慣性センサA〜Dの装置筐体は融合され、角速度検出装置2000の装置筐体としては、図24に示す基本構造体全体を収容する装置筐体が用意される。   In the illustrated example, vibrations UX (+) in the X-axis direction are applied to the weight bodies 150A and 150C, and vibrations UX (−) in the X-axis direction are applied to the weight bodies 150B and 150D. . As described above, the vibrations UX (+) and UX (−) are vibrations having opposite phases while having the same period. As described above, the effect of suppressing the vibration leakage to the apparatus housing can be obtained by performing the vibration in the opposite phase as described above. Although the illustration of the device housing is omitted, the device housings of the inertial sensors A to D are fused, and the device housing of the angular velocity detection device 2000 is a device that accommodates the entire basic structure shown in FIG. A housing is prepared.

図26に示すように、4組の重錘体150A〜150DをX軸方向に振動させた状態において、重錘体150A〜150Dに作用するローカル座標系におけるy軸方向のコリオリ力fyを検出すれば、慣性センサAからはz軸まわりの角速度ωza、慣性センサBからはz軸まわりの角速度ωzb、慣性センサCからはz軸まわりの角速度ωzc、慣性センサDからはz軸まわりの角速度ωzd、を得ることができる。図25に示す角速度出力部560には、検出回路510Aから検出値ωza、検出回路510Bから検出値ωzb、検出回路510Cから検出値ωzc、検出回路510Dから検出値ωzdが得られる。そこで、これらのうちのいずれか1つをグローバル座標系上のZ軸まわりの角速度ωZとして出力してもよいし、より正確な検出値を得るために、いくつかについての平均値をωZとして出力してもよい。たとえば、4つの平均値を利用するのであれば、ωZ=(ωza+ωzb+ωzc+ωzd)/4なる式で求まる平均値ωZを、グローバル座標系上のZ軸まわりの角速度として出力することができる。   As shown in FIG. 26, in the state where the four weight bodies 150A to 150D are vibrated in the X-axis direction, the Coriolis force fy in the y-axis direction in the local coordinate system acting on the weight bodies 150A to 150D is detected. For example, the angular velocity ωza around the z axis from the inertial sensor A, the angular velocity ωzb around the z axis from the inertial sensor B, the angular velocity ωzc around the z axis from the inertial sensor C, the angular velocity ωzd around the z axis from the inertial sensor D, Can be obtained. 25, the detection value ωza is obtained from the detection circuit 510A, the detection value ωzb is obtained from the detection circuit 510B, the detection value ωzc is obtained from the detection circuit 510C, and the detection value ωzd is obtained from the detection circuit 510D. Therefore, any one of these may be output as an angular velocity ωZ around the Z axis on the global coordinate system, or an average value of some is output as ωZ in order to obtain a more accurate detection value. May be. For example, if four average values are used, the average value ωZ obtained by the equation ωZ = (ωza + ωzb + ωzc + ωzd) / 4 can be output as the angular velocity around the Z axis on the global coordinate system.

図25に示すように、慣性センサA〜Dについてそれぞれ定義されたxyz三次元座標系の原点Oは、互いに位置がずれているため、各ローカル座標系のz軸の位置もずれている。したがって、各検出回路510A〜510Dから出力される角速度の検出値ωza〜ωzdは、それぞれ異なる座標軸zまわりの検出値ということになるが、前述したとおり、理論上は、ωza=ωzb=ωzc=ωzdであるので、これらのいずれか1つもしくはいくつかについての平均値を、グローバル座標系上のZ軸まわりの角速度ωZとして出力すればよい。   As shown in FIG. 25, since the origins O of the xyz three-dimensional coordinate system defined for the inertial sensors A to D are shifted from each other, the positions of the z axes of the local coordinate systems are also shifted. Therefore, the angular velocity detection values ωza to ωzd output from the detection circuits 510A to 510D are detection values around the different coordinate axes z. As described above, theoretically, ωza = ωzb = ωzc = ωzd. Therefore, an average value for any one or some of these may be output as the angular velocity ωZ around the Z axis on the global coordinate system.

一方、図26に示すように、4組の重錘体150A〜150DをX軸方向に振動させた状態において、重錘体150A〜150Dに作用するローカル座標系におけるz軸方向のコリオリ力fzを検出すれば、それぞれの慣性センサA〜Dからy軸まわりの角速度ωya〜ωydを得ることができるので、グローバル座標系上のY軸まわりの角速度ωYを出力することも可能である。もちろん、4組の重錘体150A〜150DをY軸方向に振動させたり、Z軸方向に振動させたりして、所定軸まわりの角速度検出を行うことも可能である。   On the other hand, as shown in FIG. 26, the Coriolis force fz in the z-axis direction in the local coordinate system acting on the weights 150A to 150D in a state where the four sets of weights 150A to 150D are vibrated in the X-axis direction. If detected, the angular velocities ωya to ωyd around the y axis can be obtained from the respective inertial sensors A to D, so the angular velocities ωY around the Y axis on the global coordinate system can also be output. Of course, it is also possible to detect the angular velocity around the predetermined axis by vibrating the four weight bodies 150A to 150D in the Y-axis direction or in the Z-axis direction.

結局、一般論として、複数n組の慣性センサが組み込まれた角速度検出装置を、1軸検出型の角速度検出装置として動作させるのであれば、XYZ三次元座標系における第1の座標軸を共通の振動軸に定め、第2の座標軸を共通のコリオリ力検出軸に定め、第3の座標軸を共通の角速度検出軸に定め、n組の各慣性センサが、それぞれの重錘体を共通の振動軸方向に振動させた状態において、共通のコリオリ力検出軸方向に作用したコリオリ力をそれぞれ求め、共通の角速度検出軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出し、角速度出力部が、n組の各慣性センサが検出した角速度のいずれか1つもしくはいくつかの平均値を、共通の角速度検出軸まわりに作用した角速度の検出値として出力すればよい。   After all, as a general theory, if an angular velocity detection device incorporating a plurality of n sets of inertial sensors is operated as a single-axis detection type angular velocity detection device, the first coordinate axis in the XYZ three-dimensional coordinate system is set to a common vibration. The second coordinate axis is defined as a common Coriolis force detection axis, the third coordinate axis is defined as a common angular velocity detection axis, and each of the n sets of inertial sensors has their respective weights in a common vibration axis direction. The Coriolis force acting in the direction of the common Coriolis force detection axis is obtained, and the angular velocities acting around the local axis parallel to the common angular velocity detection axis are respectively detected. Any one or several average values of the angular velocities detected by the respective inertial sensors may be output as detected values of angular velocities acting around the common angular velocity detection axis.

また、図26に示すように、X軸を共通の振動軸として各重錘体150A〜150Dを振動させながら、各慣性センサA〜Dにおいて、ローカル座標系におけるy軸方向のコリオリ力fyと、ローカル座標系におけるz軸方向のコリオリ力fzとの双方を検出すれば、各慣性センサA〜Dにおいて、ローカル座標系におけるz軸まわりの角速度ωza〜ωzdと、ローカル座標系におけるy軸まわりの角速度ωya〜ωydとを検出することができる。したがって、この装置を2軸検出型の角速度検出装置として動作させることができる。   Further, as shown in FIG. 26, while the weight bodies 150A to 150D are vibrated with the X axis as a common vibration axis, the Coriolis force fy in the y axis direction in the local coordinate system in each of the inertial sensors A to D, If both the Coriolis force fz in the z-axis direction in the local coordinate system is detected, in each of the inertial sensors A to D, the angular velocities ωza to ωzd around the z-axis in the local coordinate system and the angular velocities around the y-axis in the local coordinate system ωya to ωyd can be detected. Therefore, this apparatus can be operated as a two-axis detection type angular velocity detection apparatus.

この場合も、ローカル座標系におけるz軸やy軸は、4組の慣性センサA〜Dでそれぞれ異なる軸になるため、検出回路510Aから出力される検出値ωza,ωya、検出回路510Bから出力される検出値ωzb,ωyb、検出回路510Cから出力される検出値ωzc,ωyc、検出回路510Dから出力される検出値ωzd,ωydは、それぞれ異なる軸まわりの検出値ということになる。しかしながら、4組の慣性センサA〜Dのローカル座標系におけるz軸やy軸は、グローバル座標系におけるZ軸やY軸に平行な軸であるため、検出値ωza〜ωzdのいずれか1つもしくはいくつかの平均値をグローバル座標系におけるZ軸まわりの角速度ωZとして出力し、検出値ωya〜ωydのいずれか1つもしくはいくつかの平均値をグローバル座標系におけるY軸まわりの角速度ωYとして出力すればよい。   In this case as well, the z-axis and y-axis in the local coordinate system are different from each other in the four sets of inertial sensors A to D. Therefore, the detection values ωza and ωya output from the detection circuit 510A and the detection circuit 510B are output. The detected values ωzb, ωyb, the detected values ωzc, ωyc output from the detecting circuit 510C, and the detected values ωzd, ωyd output from the detecting circuit 510D are detected values around different axes. However, since the z-axis and y-axis in the local coordinate system of the four sets of inertial sensors A to D are axes parallel to the Z-axis and Y-axis in the global coordinate system, either one of the detected values ωza to ωzd or Some average values are output as the angular velocity ωZ around the Z axis in the global coordinate system, and any one or some average value of the detected values ωya to ωyd is output as the angular velocity ωY around the Y axis in the global coordinate system. That's fine.

結局、一般論として、複数n組の慣性センサが組み込まれた角速度検出装置を、2軸検出型の角速度検出装置として動作させるのであれば、XYZ三次元座標系における第1の座標軸を共通の振動軸に定め、n組の各慣性センサが、それぞれの重錘体を共通の振動軸方向に振動させた状態において、第2の座標軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより第3の座標軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出するとともに、第3の座標軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより第2の座標軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出し、角速度出力部が、n組の各慣性センサが検出した角速度のうち、第3の座標軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度のいずれか1つもしくはいくつかの平均値を当該第3の座標軸まわりに作用した角速度の検出値として出力するとともに、第2の座標軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度のいずれか1つもしくはいくつかの平均値を当該第2の座標軸まわりに作用した角速度の検出値として出力すればよい。   After all, as a general rule, if an angular velocity detection device incorporating a plurality of n sets of inertial sensors is operated as a two-axis detection type angular velocity detection device, the first coordinate axis in the XYZ three-dimensional coordinate system is set to a common vibration. The n-axis inertial sensors are parallel to the third coordinate axis by determining the Coriolis force acting in the second coordinate axis direction when each of the n sets of inertial sensors vibrates the respective weight bodies in the common vibration axis direction. Angular velocity acting around the local axis, and detecting the angular velocity acting around the local axis parallel to the second coordinate axis by obtaining the Coriolis force acting in the direction of the third coordinate axis. Any one or some of the angular velocities acting around the local axis parallel to the third coordinate axis among the angular velocities detected by each of the n sets of inertial sensors The average value is output as the detected value of the angular velocity acting around the third coordinate axis, and any one or several average values of the angular velocities acting around the local axis parallel to the second coordinate axis are used as the second value. May be output as a detected value of angular velocity acting around the coordinate axis.

一方、図25に示す角速度検出装置2000を、3軸検出型の角速度検出装置として動作させるためには、前述したように、個々の慣性センサA〜Dにおいて、それぞれ時分割検出動作を行い、第1の検出期間と第2の検出期間とで、振動方向を切り替える方法を採ることも可能であるが、前述したとおり、振動方向を切り替える操作を行うと、重錘体の振動が不安定になるため、実用上は、複数組の慣性センサA〜Dを内蔵している利点を生かして、これら慣性センサを第1グループと第2グループとに分類し、個々のグループごとに重錘体の振動方向を異ならせる方法を採るのが好ましい。   On the other hand, in order to operate the angular velocity detection device 2000 shown in FIG. 25 as a three-axis detection type angular velocity detection device, as described above, each of the inertial sensors A to D performs a time-division detection operation. Although it is possible to adopt a method of switching the vibration direction between the first detection period and the second detection period, as described above, when the operation of switching the vibration direction is performed, the vibration of the weight body becomes unstable. Therefore, in practice, taking advantage of the fact that a plurality of inertial sensors A to D are incorporated, these inertial sensors are classified into a first group and a second group, and the vibration of the weight body for each group. It is preferable to adopt a method of changing the direction.

図27は、このような方法を採用した3軸検出型の角速度検出装置における各慣性センサA〜Dの重錘体の振動態様の一例を示す平面図である。図示の例では、慣性センサB,Cが第1グループ、慣性センサA,Dが第2グループに分類され、第1グループに所属する慣性センサB,Cについては、X軸を振動軸として重錘体に振動UX(+),UX(−)を与え、第2グループに所属する慣性センサA,Dについては、Y軸を振動軸として重錘体に振動UY(+),UY(−)を与えている。前述したように、振動UX(+),UX(−)は互いに逆位相の振動であり、振動UY(+),UY(−)も互いに逆位相の振動であるため、X軸方向の振動成分もY軸方向の振動成分も全体的には打ち消され、装置筐体への振動漏れを抑制する効果が得られる。   FIG. 27 is a plan view showing an example of a vibration mode of the weight body of each of the inertial sensors A to D in the three-axis detection type angular velocity detection device adopting such a method. In the illustrated example, the inertial sensors B and C are classified into the first group and the inertial sensors A and D are classified into the second group, and the inertial sensors B and C belonging to the first group are weighted with the X axis as the vibration axis. Vibrations UX (+) and UX (−) are given to the body, and for the inertial sensors A and D belonging to the second group, the vibrations UY (+) and UY (−) are applied to the weight body with the Y axis as the vibration axis. Giving. As described above, the vibrations UX (+) and UX (−) are vibrations having opposite phases, and the vibrations UY (+) and UY (−) are also vibrations having opposite phases to each other. In addition, the vibration component in the Y-axis direction is canceled out as a whole, and an effect of suppressing vibration leakage to the apparatus housing is obtained.

このような振動態様を採ると、第1グループに所属する慣性センサB,Cでは、重錘体150B,150Cがローカル座標系におけるx軸方向に振動するため、ローカル座標系におけるy軸まわりの角速度ωyb,ωycおよびz軸まわりの角速度ωzb,ωzcを検出することができる。また、第2グループに所属する慣性センサA,Dでは、重錘体150A,150Dがローカル座標系におけるy軸方向に振動するため、ローカル座標系におけるx軸まわりの角速度ωxa,ωxd(およびz軸まわりの角速度ωza,ωzd)を検出することができる。   When such a vibration mode is adopted, in the inertial sensors B and C belonging to the first group, the weight bodies 150B and 150C vibrate in the x-axis direction in the local coordinate system, and thus the angular velocity around the y-axis in the local coordinate system. It is possible to detect ωyb, ωyc and angular velocities ωzb, ωzc around the z-axis. In addition, in the inertial sensors A and D belonging to the second group, the weight bodies 150A and 150D vibrate in the y-axis direction in the local coordinate system, so that the angular velocities ωxa and ωxd (and the z-axis around the x-axis in the local coordinate system). The surrounding angular velocities ωza, ωzd) can be detected.

そこで、たとえば、角速度出力部560が、角速度ωxa,ωxdの一方もしくはその平均値をグローバル座標系のX軸まわりの角速度ωXとして出力し、角速度ωyb,ωycの一方もしくはその平均値をグローバル座標系のY軸まわりの角速度ωYとして出力し、角速度ωzb,ωzcの一方もしくはその平均値(角速度ωza,ωzdを検出した場合は、4組の角速度ωza,ωzb,ωzc,ωzdの平均値でもよい)をグローバル座標系のZ軸まわりの角速度ωZとして出力すれば、3軸まわりの角速度ωX,ωY,ωZを得ることができる。   Therefore, for example, the angular velocity output unit 560 outputs one or the average value of the angular velocities ωxa and ωxd as the angular velocity ωX around the X axis of the global coordinate system, and the one or the average value of the angular velocities ωyb and ωyc is the global coordinate system. One of the angular velocities ωzb and ωzc or an average value thereof (when the angular velocities ωza and ωzd are detected, the average value of the four sets of angular velocities ωza, ωzb, ωzc, and ωzd) may be globally output. If the angular velocity ωZ around the Z axis of the coordinate system is output, angular velocities ωX, ωY, and ωZ around the three axes can be obtained.

前述したように、各ローカル座標系のx軸,y軸,z軸と、グローバル座標系のX軸,Y軸,Z軸とは、位置は若干ずれているが互いに平行であるため、ローカル座標系上で検出された各角速度は、グローバル座標系上の角速度ωX,ωY,ωZに理論上は一致する。   As described above, the x-axis, y-axis, and z-axis of each local coordinate system and the X-axis, Y-axis, and Z-axis of the global coordinate system are slightly displaced but are parallel to each other. Each angular velocity detected on the system theoretically matches the angular velocities ωX, ωY, ωZ on the global coordinate system.

なお、図25に示すように、一部のローカル座標系の特定の座標軸の向きは、グローバル座標系の各座標軸の向きに対して逆転しているため、当該特定の座標軸が関与して得られたローカル検出値をグローバル検出値に変換する際には、符号を逆転するなどの修正処理が必要である。   Note that, as shown in FIG. 25, the direction of specific coordinate axes in some local coordinate systems is reversed with respect to the direction of each coordinate axis in the global coordinate system. When converting the local detection value into the global detection value, a correction process such as reversing the sign is required.

結局、一般論として、複数n組の慣性センサが組み込まれた角速度検出装置を、3軸検出型の角速度検出装置として動作させるのであれば、n組の各慣性センサのうちの第1グループに所属する慣性センサについては、XYZ三次元座標系における第1の座標軸を振動軸、第2の座標軸および第3の座標軸の双方をコリオリ力検出軸にそれぞれ定め、第2グループに所属する慣性センサについては、XYZ三次元座標系における第2の座標軸を振動軸、第3の座標軸をコリオリ力検出軸にそれぞれ定め、n組の各慣性センサが、それぞれの重錘体を各振動軸方向に振動させた状態において、各コリオリ力検出軸方向に作用したコリオリ力をそれぞれ求め、各角速度検出軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度をそれぞれ検出し、角速度出力部が、第1グループに所属する慣性センサが検出した角速度に基づいて第2の座標軸まわりに作用した角速度および第3の座標軸まわりに作用した角速度の検出値を出力し、第2グループに所属する慣性センサが検出した角速度に基づいて第1の座標軸まわりに作用した角速度の検出値を出力すればよい。   After all, in general, if an angular velocity detection device incorporating a plurality of n sets of inertial sensors is operated as a three-axis detection type angular velocity detection device, it belongs to the first group of each of n sets of inertial sensors. For the inertial sensor to be used, the first coordinate axis in the XYZ three-dimensional coordinate system is set as the vibration axis, the second coordinate axis and the third coordinate axis are both set as the Coriolis force detection axes, and the inertial sensors belonging to the second group are In the XYZ three-dimensional coordinate system, the second coordinate axis is set as the vibration axis, the third coordinate axis is set as the Coriolis force detection axis, and each of the n sets of inertial sensors vibrates the respective weight bodies in the respective vibration axis directions. In the state, Coriolis force acting in the direction of each Coriolis force detection axis is obtained, angular velocity acting around the local axis parallel to each angular velocity detection axis is detected, and angular velocity is detected. Based on the angular velocity detected by the inertial sensor belonging to the first group, the force unit outputs the detected angular velocity acting around the second coordinate axis and the angular velocity acting around the third coordinate axis, and belongs to the second group. The detected value of the angular velocity acting around the first coordinate axis may be output based on the angular velocity detected by the inertial sensor.

<6−3. 慣性センサを2組用い振動軸を傾斜させる実施形態>
ここでは、§6−1で述べた2組の慣性センサを組み込んだ角速度検出装置について、振動軸を傾斜させた動作を行うバリエーションを説明する。このバリエーションで用いる角速度検出装置は、基本的には、図21に示す角速度検出装置1000と同じものである。但し、検出回路510A,510Bおよび角速度出力部550の処理動作が若干異なる。以下、この相違点について説明を行う。
<6-3. Embodiment in which two sets of inertial sensors are used to tilt the vibration axis>
Here, the variation which performs the operation | movement which inclined the vibration axis about the angular velocity detection apparatus incorporating the two sets of inertial sensors described in §6-1 will be described. The angular velocity detection device used in this variation is basically the same as the angular velocity detection device 1000 shown in FIG. However, the processing operations of the detection circuits 510A and 510B and the angular velocity output unit 550 are slightly different. Hereinafter, this difference will be described.

§6−1では、図23に示す振動態様を例示して、3軸検出型の角速度検出装置の動作例を述べた。この例では、重錘体150AにはY軸方向の振動UYを与え、重錘体150BにはX軸方向の振動UXを与えている。このように、左右の慣性センサA,Bで振動方向を変えているのは、時分割方式を採らずに、3軸まわりの角速度ωX,ωY,ωZを検出するためには、両者の振動軸を変える必要があるからである。   In section 6-1, the vibration mode shown in FIG. 23 is exemplified to describe an operation example of the three-axis detection type angular velocity detection device. In this example, the weight body 150A is given a vibration UY in the Y-axis direction, and the weight body 150B is given a vibration UX in the X-axis direction. In this way, the vibration directions are changed between the left and right inertial sensors A and B in order to detect the angular velocities ωX, ωY, and ωZ around the three axes without adopting the time division method. Because it is necessary to change.

しかしながら、図23に示すように、左側の重錘体150Aを図の上下方向に振動させ、右側の重錘体150Bを図の左右方向に振動させた場合、全体的な動体バランスは不均衡と言わざるを得ず、装置全体は、極めて不安定な振動系にならざるを得ない。このため、図23に示す振動態様を採用した角速度検出装置では、装置筐体への振動漏れが顕著になり、利用時の外部環境が検出結果に大きな影響を与える可能性がある。   However, as shown in FIG. 23, when the left weight body 150A is vibrated in the vertical direction of the drawing and the right weight body 150B is vibrated in the horizontal direction of the drawing, the overall dynamic body balance is unbalanced. It must be said that the entire device must be an extremely unstable vibration system. For this reason, in the angular velocity detection apparatus adopting the vibration mode shown in FIG. 23, vibration leakage to the apparatus housing becomes noticeable, and the external environment during use may greatly affect the detection result.

ここで述べる実施形態は、このような問題を解決するためのユニークな振動態様を提案するものである。このユニークな振動態様を説明するため、ここでは、図28に示すようなX′軸およびY′軸を定義する。図28は、図21に示す角速度検出装置1000の基本構造体の平面図であり、前述したとおり、左方の基本構造体100Aと右方の基本構造体100Bとを融合させた構造を有する。この図においても、基本構造体の中心位置に原点Qをとり、図示の方向にX軸,Y軸を定義している。したがって、図の紙面は、このグローバル座標系におけるXY平面に対応する。   The embodiment described here proposes a unique vibration mode for solving such a problem. In order to explain this unique vibration mode, the X ′ axis and the Y ′ axis as shown in FIG. 28 are defined here. FIG. 28 is a plan view of the basic structure of the angular velocity detection device 1000 shown in FIG. 21, and has a structure in which the left basic structure 100A and the right basic structure 100B are fused as described above. Also in this figure, the origin Q is taken at the center position of the basic structure, and the X axis and the Y axis are defined in the illustrated direction. Therefore, the paper surface of the figure corresponds to the XY plane in this global coordinate system.

そこで、このXY平面上で、原点Qを中心として、X軸を反時計まわりに45°回転させることにより得られるX′軸と、Y軸を反時計まわりに45°回転させることにより得られるY′軸と、を図示のように定義する。X′軸は図の右上方向が正方向、左下方向が負方向であり、Y′軸は図の左上方向が正方向、右下方向が負方向である。続いて、図29に示すように、X′軸に沿った振動UX′とY′軸に沿った振動UY′とを考えてみる。第1の慣性センサAの場合、重心点Gaを図の斜め方向に往復させる運動が振動UX′もしくは振動UY′になり、第2の慣性センサBの場合、重心点Gbを図の斜め方向に往復させる運動が振動UX′もしくは振動UY′になる。   Therefore, on this XY plane, the X ′ axis obtained by rotating the X axis 45 ° counterclockwise around the origin Q, and the Y obtained by rotating the Y axis 45 ° counterclockwise. The 'axis' is defined as shown. In the X ′ axis, the upper right direction in the figure is a positive direction, and the lower left direction is a negative direction. In the Y ′ axis, the upper left direction in the figure is a positive direction and the lower right direction is a negative direction. Next, as shown in FIG. 29, consider the vibration UX ′ along the X ′ axis and the vibration UY ′ along the Y ′ axis. In the case of the first inertial sensor A, the movement of reciprocating the center of gravity Ga in the diagonal direction is vibration UX ′ or vibration UY ′, and in the case of the second inertial sensor B, the gravity center Gb is inclined in the diagonal direction in the figure. The reciprocating motion becomes vibration UX ′ or vibration UY ′.

既に述べたとおり、慣性センサA,Bには、重錘体をローカル座標系のx軸方向に振動させるx軸励振機能とy軸方向に振動させるy軸励振機能とが備わっている。これまで述べてきた実施形態では、重錘体をx軸方向に振動させて検出を行う場合にはx軸励振機能を利用し、重錘体をy軸方向に振動させて検出を行う場合にはy軸励振機能を利用することになり、検出動作のモードに応じて、これら励振機能を選択的に利用することが前提となっていた。   As described above, the inertial sensors A and B have an x-axis excitation function for vibrating the weight body in the x-axis direction of the local coordinate system and a y-axis excitation function for vibrating in the y-axis direction. In the embodiments described so far, when the detection is performed by vibrating the weight body in the x-axis direction, the x-axis excitation function is used, and when the detection is performed by vibrating the weight body in the y-axis direction. Uses the y-axis excitation function, and it is assumed that these excitation functions are selectively used according to the mode of detection operation.

しかしながら、x軸励振機能とy軸励振機能とは、それぞれ独立した機能であるため、両者を同時に利用することが可能である。たとえば、図18(a) に示す駆動用回路はx軸励振機能の役割を果たす回路であり、図18(b) に示す駆動用回路はy軸励振機能の役割を果たす回路であり、両者は別個独立した回路になっている。したがって、これら両方の駆動用回路を同時に動作させれば、重錘体にx軸方向の振動Uxとy軸方向の振動Uyとを同時に与えることができる。その結果、重錘体には、X′軸に沿った振動UX′や、Y′軸に沿った振動UY′を与えることができる。   However, since the x-axis excitation function and the y-axis excitation function are independent functions, both can be used simultaneously. For example, the drive circuit shown in FIG. 18 (a) is a circuit that plays the role of the x-axis excitation function, and the drive circuit shown in FIG. 18 (b) is a circuit that plays the role of the y-axis excitation function. It is a separate and independent circuit. Accordingly, if both of these driving circuits are operated simultaneously, the weight Ux and the vibration Uy in the y-axis direction can be simultaneously applied to the weight body. As a result, the weight body can be given a vibration UX ′ along the X ′ axis and a vibration UY ′ along the Y ′ axis.

たとえば、図29に示す慣性センサAについて、図18(a) に示す駆動用回路と図18(b) に示す駆動用回路とを同時に動作させた場合を考えよう。このとき、交流駆動信号641,642,643,644が同一周期の信号になるようにし、かつ、交流駆動信号641,643が第1の位相、交流駆動信号642,644が第2の位相になるようにする(第1の位相と第2の位相は互いに逆位相)。そうすると、重錘体150Aは、x軸正方向に移動しているときにy軸正方向にも移動し、x軸負方向に移動しているときにy軸負方向にも移動することになるので、結局、重錘体150AにはX′軸に沿った振動UX′が与えられたことになる。   For example, let us consider a case where the driving circuit shown in FIG. 18 (a) and the driving circuit shown in FIG. 18 (b) are simultaneously operated for the inertial sensor A shown in FIG. At this time, the AC drive signals 641, 642, 643, and 644 have the same period, the AC drive signals 641 and 643 have the first phase, and the AC drive signals 642 and 644 have the second phase. (The first phase and the second phase are opposite to each other). Then, the weight body 150A moves in the y-axis positive direction when moving in the x-axis positive direction, and also moves in the y-axis negative direction when moving in the x-axis negative direction. As a result, the vibration body UX ′ along the X ′ axis is given to the weight body 150A.

これに対して、交流駆動信号641,644が第1の位相、交流駆動信号642,643が第2の位相になるようにすると、重錘体150Aは、x軸正方向に移動しているときにy軸負方向に移動し、x軸負方向に移動しているときにy軸正方向に移動することになるので、結局、重錘体150AにはY′軸に沿った振動UY′が与えられたことになる。   On the other hand, when the AC drive signals 641 and 644 are in the first phase and the AC drive signals 642 and 643 are in the second phase, the weight body 150A is moving in the positive x-axis direction. When moving in the negative direction of the y-axis and moving in the negative direction of the x-axis, it moves in the positive direction of the y-axis. It will be given.

一方、図29に示す慣性センサBは、慣性センサAに対してY軸に関して鏡像体となる構造を有しているため、振動UX′と振動UY′との関係が逆になる動作を行う。いずれにしても、x軸励振機能とy軸励振機能とを組み合わせ、供給する交流駆動信号の位相を適宜設定してやれば、慣性センサAおよびBはいずれも、重錘体をX′軸に沿って振動させたり、Y′軸に沿って振動させたりする駆動動作が可能である。   On the other hand, the inertial sensor B shown in FIG. 29 has a structure that is a mirror image with respect to the Y axis with respect to the inertial sensor A, and therefore performs an operation in which the relationship between the vibration UX ′ and the vibration UY ′ is reversed. In any case, if the phase of the AC drive signal to be supplied is appropriately set by combining the x-axis excitation function and the y-axis excitation function, the inertial sensors A and B both have the weight body along the X ′ axis. A driving operation that vibrates or vibrates along the Y ′ axis is possible.

そこで、この角速度検出装置1000を、図30に示すような振動態様で動作させてみよう。すなわち、慣性センサAの重錘体150Aには、Y′軸に沿った振動UY′(+)を与え、慣性センサBの重錘体150Bには、X′軸に沿った振動UX′(+)を与える。ここで、振動UY′(+)と振動UX′(+)とは同一周期の振動であり、符号「(+)」は前半周期に振動軸の正方向に移動することを示している。具体的には、振動UY′(+)は、前半周期にY′軸正方向に移動する振動態様を示し、UX′(+)は、前半周期にX′軸正方向に移動する振動態様を示す。   Therefore, let us operate this angular velocity detection apparatus 1000 in a vibration mode as shown in FIG. In other words, the weight body 150A of the inertial sensor A is given a vibration UY ′ (+) along the Y ′ axis, and the weight body 150B of the inertial sensor B is given a vibration UX ′ (+) along the X ′ axis. )give. Here, the vibration UY ′ (+) and the vibration UX ′ (+) are vibrations having the same period, and the symbol “(+)” indicates that the vibration axis moves in the positive direction of the vibration axis. Specifically, the vibration UY ′ (+) indicates a vibration mode that moves in the positive direction of the Y ′ axis in the first half cycle, and UX ′ (+) indicates a vibration mode that moves in the positive direction of the X ′ axis in the first half cycle. Show.

したがって、図30に示す振動態様では、重心点GaがY′軸正方向に移動している間に、重心点GbはX′軸正方向に移動し、重心点GaがY′軸負方向に移動している間に、重心点GbはX′軸負方向に移動することになる。2つの重心点Ga,Gbの動きがこのように同期していると、X軸方向に関しては、2つの重心点Ga,Gbの動きは逆位相になるため、外部に漏れ出すX軸方向の振動成分が全体的に打ち消され、振動漏れの低減を図ることができる。図20に示すとおり、ここに示す角速度検出装置1000の場合、基本構造体の構造が対称面Sに関して左右対称となっているため、外部に漏れ出すX軸方向の振動成分はより効果的に打ち消されることになる。   Therefore, in the vibration mode shown in FIG. 30, while the gravity center point Ga is moving in the positive Y′-axis direction, the gravity center point Gb is moving in the positive X′-axis direction, and the gravity center point Ga is in the negative Y′-axis direction. While moving, the barycentric point Gb moves in the negative direction of the X ′ axis. When the movements of the two gravity center points Ga and Gb are synchronized in this way, the movements of the two gravity center points Ga and Gb are in opposite phases with respect to the X-axis direction. The components are canceled out as a whole, and vibration leakage can be reduced. As shown in FIG. 20, in the angular velocity detecting device 1000 shown here, the structure of the basic structure is symmetrical with respect to the symmetry plane S, so that the vibration component in the X-axis direction that leaks to the outside is more effectively canceled out. Will be.

一方、図31に示す振動態様でも、同様の効果が得られる。この場合、慣性センサAの重錘体150Aには、X′軸に沿った振動UX′(+)が与えられ、慣性センサBの重錘体150Bには、Y′軸に沿った振動UY′(+)が与えられる。やはり、振動UX′(+)と振動UY′(+)とは同一周期の振動であり、符号「(+)」は前半周期に振動軸の正方向に移動することを示している。   On the other hand, the same effect can be obtained in the vibration mode shown in FIG. In this case, a vibration body UX ′ (+) along the X′-axis is given to the weight body 150A of the inertial sensor A, and a vibration UY ′ along the Y′-axis is applied to the weight body 150B of the inertial sensor B. (+) Is given. Again, the vibration UX ′ (+) and the vibration UY ′ (+) are vibrations having the same period, and the symbol “(+)” indicates that the vibration axis moves in the positive direction of the first half period.

したがって、この図31に示す振動態様では、重心点GaがX′軸正方向に移動している間に、重心点GbはY′軸正方向に移動し、重心点GaがX′軸負方向に移動している間に、重心点GbはY′軸負方向に移動することになる。2つの重心点Ga,Gbの動きがこのように同期していると、やはりX軸方向に関しては、2つの重心点Ga,Gbの動きは逆位相になるため、外部に漏れ出すX軸方向の振動成分が全体的に打ち消され、振動漏れの低減を図ることができる。   Therefore, in the vibration mode shown in FIG. 31, while the gravity center point Ga is moving in the positive X′-axis direction, the gravity center point Gb is moving in the positive Y′-axis direction, and the gravity center point Ga is in the negative X′-axis direction. The center of gravity Gb moves in the negative direction of the Y ′ axis. If the movements of the two centroid points Ga and Gb are synchronized in this way, the movements of the two centroid points Ga and Gb are in opposite phases with respect to the X axis direction. The vibration component is totally canceled, and vibration leakage can be reduced.

結局、図30および図31に示す角速度検出装置は、2組の慣性センサA,Bを、X軸に沿って隣接して配置する構造を有し、しかもYZ平面を境界面として一方の空間に一方の慣性センサAが配置され、他方の空間に他方の慣性センサBが配置されており、これら両慣性センサA,Bは、YZ平面に関して面対称構造をなす。このような対称性を有する基本構造体において、一方の慣性センサにおける重錘体のX′軸の正および負方向への往復運動と、他方の慣性センサにおける重錘体のY′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ同位相となるような制御が行われることになる。その結果、外部に漏れ出すX軸方向の振動成分が全体的に打ち消され、振動漏れが低減されるという作用効果が生じることになる。   After all, the angular velocity detection device shown in FIGS. 30 and 31 has a structure in which two sets of inertial sensors A and B are arranged adjacent to each other along the X axis, and in one space with the YZ plane as a boundary surface. One inertial sensor A is arranged, and the other inertial sensor B is arranged in the other space, and both the inertial sensors A and B have a plane symmetrical structure with respect to the YZ plane. In the basic structure having such symmetry, the positive and negative reciprocations of the weight body in one inertial sensor in the positive and negative directions and the positive and negative Y ′ axes of the weight body in the other inertial sensor. Control is performed such that the reciprocating motion in the negative direction has the same period and the same phase. As a result, the vibration component in the X-axis direction that leaks to the outside is canceled out as a whole, and the effect of reducing the vibration leakage occurs.

全く同じ構造をもった角速度検出装置1000を用いた検出動作でありながら、図23に示す振動態様と、図30もしくは図31に示す振動態様とを比べると、後者の場合、2つの重心点Ga,Gbの動きが左右で対称になり、全体的な動体バランスが均衡していることが理解できよう。したがって、後者の振動態様を採用すれば、振動系はより安定し、装置筐体への振動漏れが抑制されることになる。しかも、図30もしくは図31に示す振動態様は、図23に示す振動態様と同様に、2組の慣性センサA,Bの振動方向が互いに異なる(互いに直交する)という条件を満たしているため、時分割処理を行うことなしに、3軸すべての角速度ωX,ωY,ωZを得ることができる。   Comparing the vibration mode shown in FIG. 23 with the vibration mode shown in FIG. 30 or 31 while performing the detection operation using the angular velocity detection device 1000 having the same structure, in the latter case, the two gravity center points Ga , Gb movements are symmetrical on the left and right, and the overall dynamic balance is understood. Therefore, if the latter vibration mode is employed, the vibration system is more stable and vibration leakage to the apparatus housing is suppressed. Moreover, since the vibration mode shown in FIG. 30 or FIG. 31 satisfies the condition that the vibration directions of the two sets of inertial sensors A and B are different from each other (orthogonal to each other), like the vibration mode shown in FIG. The angular velocities ωX, ωY, and ωZ of all three axes can be obtained without performing time division processing.

要するに、この§6−3で述べる実施形態では、§6−1で述べた実施形態で用いた角速度検出装置1000をそのまま利用しつつ、振動態様を変えるだけで、装置筐体への振動漏れを抑制する効果が得られることになる。上述したとおり、実際には、各重錘体は、X′軸やY′軸といった45°に傾斜した振動軸に沿って振動することになるが、基本構造体には、斜め45°をなす部材を配置する必要はなく、製造プロセス上の支障は生じない。   In short, in the embodiment described in §6-3, vibration leakage to the apparatus housing can be prevented by changing the vibration mode while using the angular velocity detection device 1000 used in the embodiment described in §6-1 as it is. The effect of suppressing will be obtained. As described above, each weight body actually vibrates along a vibration axis inclined at 45 ° such as the X ′ axis and the Y ′ axis, but the basic structure has an angle of 45 °. There is no need to arrange the members, and there is no problem in the manufacturing process.

ただ、振動軸がX軸やY軸に対して45°傾斜した軸になるため、コリオリ力の検出時や、角速度の出力時には、幾何学的な変換処理を行う必要がある。たとえば、図29において、重錘体150Aの重心点GaがY′軸に沿って振動していた場合、検出すべきコリオリ力の方向軸はX軸ではなくX′軸(振動軸に直交する軸)ということになる。しかしながら、慣性センサAには、もともとX′軸方向に作用したコリオリ力fX′を直接検出する機能は備わっていないので、x軸方向に作用した力fxとy軸方向に作用した力fyとの合力として、X′軸方向に作用したコリオリ力fX′を算出する演算を行う必要がある。   However, since the vibration axis is an axis inclined by 45 ° with respect to the X axis or the Y axis, it is necessary to perform a geometric conversion process when detecting the Coriolis force or outputting the angular velocity. For example, in FIG. 29, when the gravity center Ga of the weight body 150A vibrates along the Y ′ axis, the direction axis of the Coriolis force to be detected is not the X axis but the X ′ axis (an axis orthogonal to the vibration axis). )It turns out that. However, since the inertial sensor A does not have a function of directly detecting the Coriolis force fX ′ originally acting in the X′-axis direction, the force fx acting in the x-axis direction and the force fy acting in the y-axis direction are not provided. As the resultant force, it is necessary to perform an operation for calculating the Coriolis force fX ′ acting in the X′-axis direction.

具体的には、X′軸の向きは、x軸およびy軸に対して45°傾斜した向きであるので、図29に示す慣性センサAの場合、X′軸方向に作用したコリオリ力fX′は、x軸方向に作用した力fxとy軸方向に作用した力fyの検出値を用いて、幾何学的な変換式「fX′=(1/√2)・fx+(1/√2)・fy」に基づく演算を行うことにより求めることができる。同様に、Y′軸方向に作用したコリオリ力fY′は、幾何学的な変換式「fY′=−(1/√2)・fx+(1/√2)・fy」に基づく演算を行うことにより求めることができる。   Specifically, since the direction of the X ′ axis is inclined by 45 ° with respect to the x and y axes, in the case of the inertial sensor A shown in FIG. 29, the Coriolis force fX ′ acting in the X ′ axis direction. Is a geometrical conversion formula “fX ′ = (1 / √2) · fx + (1 / √2) using detected values of the force fx acting in the x-axis direction and the force fy acting in the y-axis direction. It can be obtained by performing an operation based on “fy”. Similarly, the Coriolis force fY ′ acting in the Y′-axis direction is calculated based on the geometric conversion formula “fY ′ = − (1 / √2) · fx + (1 / √2) · fy”. It can ask for.

なお、上述の各式における右辺各項の符号は、グローバル座標系上のX軸,Y軸に対するローカル座標系上のx軸,y軸の向きに応じて異なる。すなわち、上述の各変換式は、図29に示す慣性センサAについてのものであるが、図29に示す慣性センサBの場合は、x軸の向きが逆転しているため、「fX′=−(1/√2)・fx+(1/√2)・fy」および「fY′=(1/√2)・fx+(1/√2)・fy」なる変換式を用いる必要がある。   In addition, the sign of each term on the right side in each of the above formulas varies depending on the orientation of the x-axis and y-axis on the local coordinate system with respect to the X-axis and Y-axis on the global coordinate system. That is, the above conversion equations are for the inertial sensor A shown in FIG. 29, but in the case of the inertial sensor B shown in FIG. 29, the direction of the x-axis is reversed, so that “fX ′ = − It is necessary to use conversion formulas of (1 / √2) · fx + (1 / √2) · fy ”and“ fY ′ = (1 / √2) · fx + (1 / √2) · fy ”.

もちろん、慣性センサA,Bには、z軸方向に作用したコリオリ力fzを直接検出する機能が備わっているので、fzの検出には、上述のような変換式を用いた演算を行う必要はない。したがって、たとえば、図31に示す慣性センサAが、重錘体150AをX′軸方向に振動させた状態において、重錘体150Aに対してZ軸方向(z軸方向も同じ)に作用したコリオリ力fzを求めれば、Y′軸に平行な軸まわり(重心点Gaを通りY′軸に平行な軸まわり)に作用した角速度ωY′を検出することができる。同様に、図31に示す慣性センサBが、重錘体150BをY′軸方向に振動させた状態において、重錘体150Bに対してZ軸方向(−z軸方向)に作用したコリオリ力fzを求めれば、X′軸に平行な軸まわり(重心点Gbを通りX′軸に平行な軸まわり)に作用した角速度ωX′を検出することができる。   Of course, since the inertial sensors A and B have a function of directly detecting the Coriolis force fz acting in the z-axis direction, it is necessary to perform an operation using the above-described conversion formula for detecting fz. Absent. Therefore, for example, Coriolis in which the inertial sensor A shown in FIG. 31 acts on the weight body 150A in the Z-axis direction (the z-axis direction is the same) in a state where the weight body 150A is vibrated in the X′-axis direction. If the force fz is obtained, the angular velocity ωY ′ acting around the axis parallel to the Y ′ axis (around the axis passing through the center of gravity Ga and parallel to the Y ′ axis) can be detected. Similarly, the Coriolis force fz applied to the weight body 150B in the Z-axis direction (−z-axis direction) when the inertial sensor B shown in FIG. 31 vibrates the weight body 150B in the Y′-axis direction. , The angular velocity ωX ′ acting around the axis parallel to the X ′ axis (around the center of gravity Gb and parallel to the X ′ axis) can be detected.

図21に示す角速度出力部550は、こうして検出回路510Aや510Bから与えられた角速度ωX′および角速度ωY′を、それぞれX軸まわりに作用した角速度ωXおよびY軸まわりに作用した角速度ωYに変換する変換処理を行い、この変換処理によって得られた角速度ωXおよび角速度ωYを出力する機能を有する。この変換処理は、幾何学的な変換式「ωX=(1/√2)・ωX′−(1/√2)・ωY′」および「ωY=(1/√2)・ωX′+(1/√2)・ωY′」に基づく演算によって行うことができる。   The angular velocity output unit 550 shown in FIG. 21 converts the angular velocity ωX ′ and the angular velocity ωY ′ thus given from the detection circuits 510A and 510B into the angular velocity ωX acting around the X axis and the angular velocity ωY acting around the Y axis, respectively. It has a function of performing conversion processing and outputting the angular velocity ωX and angular velocity ωY obtained by this conversion processing. This conversion process is performed using geometric conversion equations “ωX = (1 / √2) · ωX ′ − (1 / √2) · ωY ′” and “ωY = (1 / √2) · ωX ′ + (1 / √2) · ωY ′ ”.

角速度出力部550から、上記角速度ωXおよびωYに加えて、更にZ軸まわりの角速度ωZを出力させる場合は、慣性センサA,Bの少なくとも一方に、重錘体に対してY′軸方向もしくはX′軸方向に作用したコリオリ力を求める機能をもたせておけばよい。   When outputting the angular velocity ωZ around the Z axis in addition to the angular velocities ωX and ωY from the angular velocity output unit 550, at least one of the inertial sensors A and B has the Y′-axis direction or X It suffices to provide a function for obtaining the Coriolis force acting in the axial direction.

たとえば、図31に示す慣性センサAが、重錘体150AをX′軸方向に振動させた状態において、重錘体150Aに対してY′軸方向に作用したコリオリ力fY′を求めれば(前述したとおり、実際には、コリオリ力fxとfyに基づく幾何学的な変換式によりコリオリ力fY′が求まる)、当該コリオリ力fY′は、重心点Gaを通るz軸まわりの角速度ωzaに対応する。   For example, if the inertial sensor A shown in FIG. 31 calculates the Coriolis force fY ′ acting on the weight 150A in the Y′-axis direction in a state where the weight 150A is vibrated in the X′-axis direction (described above). As described above, actually, the Coriolis force fY ′ is obtained by a geometric conversion formula based on the Coriolis forces fx and fy), and the Coriolis force fY ′ corresponds to the angular velocity ωza around the z-axis passing through the center of gravity Ga. .

あるいは、図31に示す慣性センサBが、重錘体150BをY′軸方向に振動させた状態において、重錘体150Bに対してX′軸方向に作用したコリオリ力fX′を求めれば(前述したとおり、実際には、コリオリ力fxとfyに基づく幾何学的な変換式によりコリオリ力fX′が求まる)、当該コリオリ力fX′は、重心点Gbを通るz軸まわりの角速度ωzbに対応する。   Alternatively, if the inertial sensor B shown in FIG. 31 obtains the Coriolis force fX ′ acting on the weight 150B in the X′-axis direction in a state where the weight 150B is vibrated in the Y′-axis direction (described above). As described above, actually, the Coriolis force fX ′ is obtained by a geometric conversion formula based on the Coriolis forces fx and fy), and the Coriolis force fX ′ corresponds to the angular velocity ωzb around the z axis passing through the center of gravity Gb. .

したがって、角速度出力部550が、検出回路510Aから出力された角速度ωzaもしくは検出回路510Bから出力された角速度ωzbまたはその平均値を、グローバル座標系の座標軸Z軸まわりの角速度ωZとして出力するようにすれば、3軸すべての角速度ωX,ωY,ωZを出力することができる。   Therefore, the angular velocity output unit 550 outputs the angular velocity ωza output from the detection circuit 510A, the angular velocity ωzb output from the detection circuit 510B, or an average value thereof as the angular velocity ωZ around the coordinate axis Z axis of the global coordinate system. For example, the angular velocities ωX, ωY, and ωZ of all three axes can be output.

なお、X軸まわりの角速度ωXおよびY軸まわりの角速度ωYの代わりに、X′軸まわりの角速度ωX′およびY′軸まわりの角速度ωY′を出力すれば十分な場合には、角速度ωX′,ωY′を角速度ωX,ωYに変換する変換処理は不要である。角速度出力部550は、角速度ωX′,ωY′,ωZを3軸の検出値として出力すれば足りる。X′軸,Y′軸,Z軸は互いに直交する軸になるので、角速度ωX,ωY,ωZの代わりに、角速度ωX′,ωY′,ωZを検出値として出力しても、実用上、支障は生じない。   If it is sufficient to output the angular velocity ωX ′ around the X ′ axis and the angular velocity ωY ′ around the Y ′ axis instead of the angular velocity ωX around the X axis and the angular velocity ωY around the Y axis, the angular velocity ωX ′, A conversion process for converting ωY ′ to angular velocities ωX and ωY is unnecessary. The angular velocity output unit 550 only needs to output the angular velocities ωX ′, ωY ′, and ωZ as three-axis detection values. Since the X ′ axis, the Y ′ axis, and the Z axis are orthogonal to each other, it is practically hindered to output the angular velocities ωX ′, ωY ′, ωZ as detection values instead of the angular velocities ωX, ωY, ωZ. Does not occur.

<6−4. 慣性センサを4組用い振動軸を傾斜させる実施形態>
ここでは、§6−2で述べた4組の慣性センサを組み込んだ角速度検出装置について、振動軸を傾斜させた動作を行うバリエーションを説明する。このバリエーションで用いる角速度検出装置は、基本的には、図25に示す角速度検出装置2000と同じものである。但し、検出回路510A〜510Dおよび角速度出力部560の処理動作が若干異なる。以下、この相違点について説明を行う。
<6-4. Embodiment in which four sets of inertial sensors are used to tilt the vibration axis>
Here, the variation which performs the operation | movement which inclined the vibration axis about the angular velocity detection apparatus incorporating the four sets of inertial sensors described in §6-2 will be described. The angular velocity detection device used in this variation is basically the same as the angular velocity detection device 2000 shown in FIG. However, the processing operations of the detection circuits 510A to 510D and the angular velocity output unit 560 are slightly different. Hereinafter, this difference will be described.

§6−2では、図27に示す振動態様を例示して、3軸検出型の角速度検出装置の動作例を述べた。この例では、4組の慣性センサA〜Dを2つのグループに分け、第1グループに所属する慣性センサB,Cについては、重錘体をX軸方向に振動させ、第2グループに所属する慣性センサA,Dについては、重錘体をY軸方向に振動させている。このとき、慣性センサB,Cについては、互いに逆位相の振動UX(+),UX(−)を与え、慣性センサA,Dについても、互いに逆位相の振動UY(+),UY(−)を与えることにより、振動成分を全体的に打ち消し、装置筐体への振動漏れを抑制する工夫を施していた。   In section 6-2, the vibration mode shown in FIG. 27 is exemplified to describe an operation example of the three-axis detection type angular velocity detection device. In this example, four inertial sensors A to D are divided into two groups, and for the inertial sensors B and C belonging to the first group, the weight body is vibrated in the X-axis direction and belongs to the second group. For the inertial sensors A and D, the weight body is vibrated in the Y-axis direction. At this time, vibrations UX (+) and UX (−) having opposite phases are applied to the inertial sensors B and C, and vibrations UY (+) and UY (−) having opposite phases to the inertial sensors A and D as well. Therefore, a device has been devised that cancels vibration components as a whole and suppresses vibration leakage to the apparatus housing.

しかしながら、図27に矢印で示す振動UY(+),UX(+),UX(−),UY(−)は、全体的には均衡のとれたものとは言えず、装置筐体への振動漏れの抑制対策としては、必ずしも十分ではない。ここで述べる実施形態は、§6−3で述べた実施形態と同様に、振動軸を斜め45°に傾斜させることにより、上記問題を解決するためのユニークな振動態様を提案するものである。   However, the vibrations UY (+), UX (+), UX (−), and UY (−) indicated by arrows in FIG. 27 are not generally balanced, and vibrations to the apparatus housing It is not always sufficient as a measure to suppress leakage. Similar to the embodiment described in §6-3, the embodiment described here proposes a unique vibration mode for solving the above problem by inclining the vibration axis at an angle of 45 °.

ここでは、図32に示すようにX′軸およびY′軸を定義する。図32は、図25に示す角速度検出装置2000の基本構造体の平面図であり、前述したとおり、4組の慣性センサA〜Dを融合させた構造を有する。この図においても、基本構造体の中心位置に原点Qをとり、図示の方向にX軸,Y軸を定義している。したがって、図の紙面は、このグローバル座標系におけるXY平面に対応する。   Here, the X ′ axis and the Y ′ axis are defined as shown in FIG. FIG. 32 is a plan view of the basic structure of the angular velocity detection device 2000 shown in FIG. 25, and has a structure in which four sets of inertial sensors A to D are fused as described above. Also in this figure, the origin Q is taken at the center position of the basic structure, and the X axis and the Y axis are defined in the illustrated direction. Therefore, the paper surface of the figure corresponds to the XY plane in this global coordinate system.

そこで、このXY平面上で、原点Qを中心として、X軸を反時計まわりに45°回転させることにより得られるX′軸と、Y軸を反時計まわりに45°回転させることにより得られるY′軸と、を図示のように定義する。X′軸は図の右上方向が正方向、左下方向が負方向であり、Y′軸は図の左上方向が正方向、右下方向が負方向である。続いて、図33に示すように、各慣性センサA〜Dの重錘体150A〜150Dについて、X′軸に沿った振動UX′とY′軸に沿った振動UY′とを考えてみる。   Therefore, on this XY plane, the X ′ axis obtained by rotating the X axis 45 ° counterclockwise around the origin Q, and the Y obtained by rotating the Y axis 45 ° counterclockwise. The 'axis' is defined as shown. In the X ′ axis, the upper right direction in the figure is a positive direction, and the lower left direction is a negative direction. In the Y ′ axis, the upper left direction in the figure is a positive direction and the lower right direction is a negative direction. Next, as shown in FIG. 33, consider the vibration UX ′ along the X ′ axis and the vibration UY ′ along the Y ′ axis for the weight bodies 150A to 150D of the inertial sensors A to D.

各慣性センサA〜Dには、重錘体をローカル座標系のx軸方向に振動させるx軸励振機能とy軸方向に振動させるy軸励振機能とが備わっているので、これらを組み合わせて動作させることにより、各重錘体150A〜150Dに、X′軸に沿った振動UX′や、Y′軸に沿った振動UY′を与えることができることは、§6−3で述べたとおりである。   Each inertial sensor A to D has an x-axis excitation function for vibrating the weight body in the x-axis direction of the local coordinate system and a y-axis excitation function for vibrating in the y-axis direction. As described in §6-3, it is possible to apply vibration UX ′ along the X ′ axis and vibration UY ′ along the Y ′ axis to each of the weight bodies 150A to 150D. .

そこで、この角速度検出装置2000を、図34に示すような振動態様で動作させてみよう。すなわち、慣性センサAの重錘体150Aには、Y′軸に沿った振動UY′(+)を与え、慣性センサBの重錘体150Bには、X′軸に沿った振動UX′(+)を与え、慣性センサCの重錘体150Cには、X′軸に沿った振動UX′(−)を与え、慣性センサDの重錘体150Dには、Y′軸に沿った振動UY′(−)を与える。   Therefore, let us operate this angular velocity detection device 2000 in a vibration mode as shown in FIG. In other words, the weight body 150A of the inertial sensor A is given a vibration UY ′ (+) along the Y ′ axis, and the weight body 150B of the inertial sensor B is given a vibration UX ′ (+) along the X ′ axis. ), A vibration body UX ′ (−) along the X ′ axis is applied to the weight body 150C of the inertial sensor C, and a vibration UY ′ along the Y ′ axis is applied to the weight body 150D of the inertial sensor D. (-) Is given.

ここで、振動UX′(+),UY′(+),UX′(−),UY′(−)は、いずれも同一周期の振動であり、符号「(+)」は前半周期に振動軸の正方向に移動することを示し、符号「(−)」は前半周期に振動軸の負方向に移動することを示している。したがって、4組の重錘体150A〜150Dの重心点Ga〜Gdの動きに着目すると、前半周期には、いずれも原点Qから遠ざかる方向に移動し(遠心運動)、後半周期には、いずれも原点Qに近づく方向に移動する(求心運動)ことになる。このように、遠心運動と求心運動とを繰り返す動きは、原点Qを中心とした対称性を有する動きであり、X軸方向に関してもY軸方向に関しても、振動成分を効果的に打ち消す動きになる。このため、装置筐体から外部に漏れ出す振動成分は全体的に打ち消され、振動漏れを効果的に抑制することができる。   Here, the vibrations UX ′ (+), UY ′ (+), UX ′ (−), UY ′ (−) are all vibrations of the same period, and the symbol “(+)” indicates the vibration axis in the first half period. The symbol “(−)” indicates movement in the negative direction of the vibration axis in the first half cycle. Accordingly, when focusing on the movement of the gravity center points Ga to Gd of the four sets of weight bodies 150A to 150D, they move in the direction away from the origin Q (centrifugal movement) in the first half cycle, and all in the second half cycle. It moves in the direction approaching the origin Q (centripetal movement). As described above, the motion that repeats the centrifugal motion and the centripetal motion is a motion having symmetry about the origin Q, and is a motion that effectively cancels the vibration component in both the X-axis direction and the Y-axis direction. . For this reason, the vibration component leaking to the outside from the apparatus housing is canceled as a whole, and the vibration leakage can be effectively suppressed.

特に、ここに示す角速度検出装置2000の基本構造体は、XY座標系のX軸およびY軸の双方に関して対称となる形状を有している。すなわち、4組の慣性センサA〜DをXY平面へ正射影投影すると、慣性センサAの投影像は第2象限、慣性センサBの投影像は第1象限、慣性センサCの投影像は第3象限、慣性センサDの投影像は第4象限に位置している。   In particular, the basic structure of the angular velocity detection device 2000 shown here has a shape that is symmetric with respect to both the X axis and the Y axis of the XY coordinate system. That is, when the four inertial sensors A to D are orthogonally projected onto the XY plane, the projected image of the inertial sensor A is the second quadrant, the projected image of the inertial sensor B is the first quadrant, and the projected image of the inertial sensor C is the third. The projection image of the quadrant and inertial sensor D is located in the fourth quadrant.

そこで、それぞれが配置されている象限の番号を引用して、慣性センサBを第1の慣性センサ、慣性センサAを第2の慣性センサ、慣性センサCを第3の慣性センサ、慣性センサDを第4の慣性センサと呼ぶことにすると、第1の慣性センサBと第2の慣性センサAとは、YZ平面を対称面とする面対称構造をなし、第3の慣性センサCと第4の慣性センサDとは、YZ平面を対称面とする面対称構造をなし、第1の慣性センサBと第4の慣性センサDとは、XZ平面を対称面とする面対称構造をなし、第2の慣性センサAと第3の慣性センサCとは、XZ平面を対称面とする面対称構造をなすことになる。このような対称性を有する構造は、装置筐体から外部に漏れ出す振動成分を打ち消し、振動漏れを抑制する効果を高める役割を果たすことになる。   Therefore, quoting the number of the quadrant in which each is arranged, inertial sensor B is the first inertial sensor, inertial sensor A is the second inertial sensor, inertial sensor C is the third inertial sensor, and inertial sensor D is When called the fourth inertial sensor, the first inertial sensor B and the second inertial sensor A have a plane-symmetric structure with the YZ plane as the symmetry plane, and the third inertial sensor C and the fourth inertial sensor are the same. The inertial sensor D has a plane-symmetric structure with a YZ plane as a plane of symmetry, and the first inertial sensor B and the fourth inertial sensor D have a plane-symmetric structure with a plane of symmetry as the XZ plane. The inertial sensor A and the third inertial sensor C have a plane-symmetric structure with the XZ plane as the plane of symmetry. Such a symmetric structure cancels out the vibration component that leaks out from the apparatus housing and plays a role of enhancing the effect of suppressing vibration leakage.

結局、図34に示す振動態様を採用して検出動作を行う角速度検出装置2000では、第1の慣性センサBおよび第3の慣性センサCを第1グループに所属させ、第2の慣性センサAおよび第4の慣性センサを第2グループに所属させ、第1グループに所属する慣性センサB,Cについては、x軸励振機能とy軸励振機能とを組み合わせることにより、重錘体をX′軸方向に振動させ、第2グループに所属する慣性センサA,Dについては、x軸励振機能とy軸励振機能とを組み合わせることにより、重錘体をY′軸方向に振動させればよい。   Eventually, in the angular velocity detection device 2000 that performs the detection operation using the vibration mode shown in FIG. 34, the first inertia sensor B and the third inertia sensor C belong to the first group, and the second inertia sensor A and The fourth inertial sensor belongs to the second group, and for the inertial sensors B and C belonging to the first group, the weight body is moved in the X′-axis direction by combining the x-axis excitation function and the y-axis excitation function. For the inertial sensors A and D belonging to the second group, the weight body may be vibrated in the Y′-axis direction by combining the x-axis excitation function and the y-axis excitation function.

このとき、第1の慣性センサBにおける重錘体150BのX′軸の正および負方向への往復運動と、第3の慣性センサCにおける重錘体150CのX′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ逆位相となり、第2の慣性センサAにおける重錘体150AのY′軸の正および負方向への往復運動と、第4の慣性センサDにおける重錘体150DのY′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ逆位相となり、第1の慣性センサBにおける重錘体150BのX′軸の正および負方向への往復運動と、第2の慣性センサAにおける重錘体150AのY′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ同位相となるような制御が行われるようにすればよい。   At this time, the reciprocating motion of the weight body 150B in the first inertial sensor B in the positive and negative directions and the third inertial sensor C in the positive and negative directions of the weight body 150C in the positive and negative directions. Reciprocating motion of the weight body 150A in the second inertial sensor A in the positive and negative directions of the weight body 150A and the weight body 150D in the fourth inertial sensor D. Of the first inertial sensor B in the positive and negative directions, and the reciprocating motion of the weight 150B in the first inertial sensor B in the positive and negative directions, Control may be performed so that the reciprocating motion of the weight body 150A in the positive and negative directions of the weight body 150A in the second inertial sensor A has the same period and the same phase.

一方、図35は、この角速度検出装置2000の別な振動態様を示す平面図である。この振動態様の場合、慣性センサAの重錘体150Aには、X′軸に沿った振動UX′(+)が与えられ、慣性センサBの重錘体150Bには、Y′軸に沿った振動UY′(+)が与えられ、慣性センサCの重錘体150Cには、Y′軸に沿った振動UY′(−)が与えられ、慣性センサDの重錘体150Dには、X′軸に沿った振動UX′(−)が与えられる。   On the other hand, FIG. 35 is a plan view showing another vibration mode of the angular velocity detection device 2000. In the case of this vibration mode, the weight body 150A of the inertial sensor A is given a vibration UX ′ (+) along the X ′ axis, and the weight body 150B of the inertial sensor B is along the Y ′ axis. Vibration UY ′ (+) is applied, weight UC ′ of inertial sensor C 150C is provided with vibration UY ′ (−) along the Y ′ axis, and weight body 150D of inertial sensor D is applied with X ′. A vibration UX ′ (−) along the axis is given.

ここで、振動UX′(+),UY′(+),UX′(−),UY′(−)の各符号の意味は、既に述べたとおりである。したがって、4組の重錘体150A〜150Dの重心点Ga〜Gdの動きに着目すると、前半周期には、いずれもX軸からは遠ざかり、Y軸には近づくような運動を行い、後半周期には、いずれもY軸からは遠ざかり、X軸には近づくような運動を行うことになる。このような動きは、X軸およびY軸に関して対称性を有する動きであり、やはりX軸方向に関してもY軸方向に関しても、振動成分を効果的に打ち消す動きになる。このため、装置筐体から外部に漏れ出す振動成分は全体的に打ち消され、振動漏れを効果的に抑制することができる。   Here, the meanings of the respective symbols of the vibrations UX ′ (+), UY ′ (+), UX ′ (−), UY ′ (−) are as described above. Therefore, when focusing on the movement of the gravity center points Ga to Gd of the four weight bodies 150A to 150D, in the first half cycle, they move away from the X axis and move closer to the Y axis. Are both moved away from the Y axis and moved closer to the X axis. Such a movement is a movement having symmetry with respect to the X axis and the Y axis, and also a movement that effectively cancels the vibration component in both the X axis direction and the Y axis direction. For this reason, the vibration component leaking to the outside from the apparatus housing is canceled as a whole, and the vibration leakage can be effectively suppressed.

結局、図35に示す振動態様を採用して検出動作を行う角速度検出装置2000では、第2の慣性センサAおよび第4の慣性センサDを第1グループに所属させ、第1の慣性センサBおよび第3の慣性センサCを第2グループに所属させ、第1グループに所属する慣性センサA,Dについては、x軸励振機能とy軸励振機能とを組み合わせることにより、重錘体をX′軸方向に振動させ、第2グループに所属する慣性センサB,Cについては、x軸励振機能とy軸励振機能とを組み合わせることにより、重錘体をY′軸方向に振動させればよい。   After all, in the angular velocity detection device 2000 that performs the detection operation using the vibration mode shown in FIG. 35, the second inertia sensor A and the fourth inertia sensor D belong to the first group, and the first inertia sensor B and The third inertial sensor C belongs to the second group, and the inertial sensors A and D belonging to the first group are combined with the x-axis excitation function and the y-axis excitation function, so that the weight body is placed on the X′-axis. For the inertial sensors B and C belonging to the second group, the weight body may be vibrated in the Y′-axis direction by combining the x-axis excitation function and the y-axis excitation function.

このとき、第1の慣性センサBにおける重錘体150BのY′軸の正および負方向への往復運動と、第3の慣性センサCにおける重錘体150CのY′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ逆位相となり、第2の慣性センサAにおける重錘体150AのX′軸の正および負方向への往復運動と、第4の慣性センサDにおける重錘体150DのX′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ逆位相となり、第1の慣性センサBにおける重錘体150BのY′軸の正および負方向への往復運動と、第2の慣性センサAにおける重錘体150AのX′軸の正および負方向への往復運動とが、同一周期かつ同位相となるような制御が行われるようにすればよい。   At this time, the reciprocating motion of the weight 150B in the first inertial sensor B in the positive and negative directions of the Y ′ axis and the positive and negative direction of the Y ′ axis of the weight 150C in the third inertial sensor C are performed. Of the second inertial sensor A in the positive and negative directions of the weight body 150A in the positive and negative directions and the weight body 150D in the fourth inertial sensor D. Of the first inertial sensor B in the positive and negative directions, and the reciprocating motion of the weight 150B in the first inertial sensor B in the positive and negative directions. The control may be performed so that the reciprocating motions of the weight body 150A in the inertial sensor A in the positive and negative directions of the weight body 150A have the same period and the same phase.

要するに、この§6−4で述べる実施形態では、§6−2で述べた実施形態で用いた角速度検出装置2000をそのまま利用しつつ、振動態様を変えるだけで、装置筐体への振動漏れを抑制する効果が得られることになる。上述したとおり、実際には、各重錘体は、X′軸やY′軸といった45°に傾斜した振動軸に沿って振動することになるが、基本構造体には、斜め45°をなす部材を配置する必要はなく、製造プロセス上の支障は生じない。   In short, in the embodiment described in §6-4, vibration leakage to the apparatus housing can be prevented by changing the vibration mode while using the angular velocity detection device 2000 used in the embodiment described in §6-2 as it is. The effect of suppressing will be obtained. As described above, each weight body actually vibrates along a vibration axis inclined at 45 ° such as the X ′ axis and the Y ′ axis, but the basic structure has an angle of 45 °. There is no need to arrange the members, and there is no problem in the manufacturing process.

なお、ここで述べた実施形態の場合も、振動軸がX軸やY軸に対して45°傾斜した軸になるため、コリオリ力の検出時や、角速度の出力時には、幾何学的な変換処理を行う必要がある。たとえば、図33に示す慣性センサAの場合、X′軸方向に作用したコリオリ力fX′は、x軸方向に作用した力fxとy軸方向に作用した力fyの検出値を用いた幾何学的な変換式により求めることができる。具体的な変換式は、§6−3で述べたとおりである。もちろん、z軸方向に作用したコリオリ力fzについては、直接検出する機能が備わっているので、上述のような変換式を用いた演算を行う必要はない。   In the case of the embodiment described here, the vibration axis is an axis inclined by 45 ° with respect to the X-axis and the Y-axis. Therefore, when Coriolis force is detected or angular velocity is output, geometric conversion processing is performed. Need to do. For example, in the case of the inertial sensor A shown in FIG. 33, the Coriolis force fX ′ acting in the X′-axis direction is a geometry using the detected values of the force fx acting in the x-axis direction and the force fy acting in the y-axis direction. It can be obtained by a general conversion formula. A specific conversion formula is as described in §6-3. Of course, since the Coriolis force fz acting in the z-axis direction has a function of directly detecting, it is not necessary to perform an operation using the above conversion equation.

図25に示す角速度出力部560は、こうして検出回路510A〜510Dから与えられた角速度に基づいて、角速度ωX′,ωY′,ωZ、もしくはこれを変換して得られる角速度ωX,ωY,ωZを出力することになる。具体的な出力方法は、§6−3で述べたとおりである。   The angular velocity output unit 560 shown in FIG. 25 outputs angular velocities ωX ′, ωY ′, ωZ or angular velocities ωX, ωY, ωZ obtained by converting the angular velocities ωX ′, ωY ′, ωZ based on the angular velocities thus provided from the detection circuits 510A to 510D. Will do. A specific output method is as described in §6-3.

<6−5. 慣性センサをn組用い振動軸を傾斜させる実施形態>
§6−3では、慣性センサを2組用い振動軸を傾斜させる実施形態を述べ、§6−4では、慣性センサを4組用い振動軸を傾斜させる実施形態を述べた。ここでは、このように振動軸を傾斜させる実施形態を、複数n組の慣性センサまで拡張した一般論を簡単に述べておく。
<6-5. Embodiment in which n sets of inertial sensors are used to tilt the vibration axis>
In §6-3, an embodiment in which two sets of inertial sensors are used to tilt the vibration axis is described, and in §6-4, an embodiment in which four sets of inertial sensors are used to tilt the vibration axis is described. Here, a general theory in which the embodiment in which the vibration axis is inclined in this way is extended to a plurality of n sets of inertial sensors will be briefly described.

ここで一般論として述べる角速度検出装置は、たとえば、§5で述べたようなxyz三次元座標系における特定の座標軸まわりの角速度検出機能をもった慣性センサを複数n組備え、XYZ三次元座標系における所定の座標軸まわりに作用した角速度を検出する角速度検出装置である。ここで、n組の各慣性センサは、そのx軸,y軸,z軸が、角速度検出装置について定義されたXYZ三次元座標系におけるX軸,Y軸,Z軸に対してそれぞれ平行となるように配置されている。そして、この検出装置は、n組の各慣性センサの検出回路がそれぞれ検出した所定軸まわりの角速度に基づいて、XYZ三次元座標系における所定の座標軸まわりに作用した角速度の検出値を出力する角速度出力部を更に備えている。   Here, the angular velocity detection device described as general theory includes, for example, a plurality of n sets of inertial sensors having an angular velocity detection function around a specific coordinate axis in the xyz three-dimensional coordinate system as described in §5, and an XYZ three-dimensional coordinate system. Is an angular velocity detection device for detecting an angular velocity acting around a predetermined coordinate axis. Here, in each of the n sets of inertial sensors, the x-axis, y-axis, and z-axis are parallel to the X-axis, Y-axis, and Z-axis in the XYZ three-dimensional coordinate system defined for the angular velocity detector. Are arranged as follows. The detection device outputs an angular velocity detection value acting around a predetermined coordinate axis in the XYZ three-dimensional coordinate system based on the angular velocity around the predetermined axis detected by the detection circuit of each of the n sets of inertial sensors. An output unit is further provided.

この装置を、XYZ三次元座標系における2つの座標軸まわりの角速度を検出する機能をもった2軸検出型の角速度検出装置として動作させる場合は、n組の各慣性センサに、それぞれの重錘体をx軸方向に振動させるx軸励振機能とy軸方向に振動させるy軸励振機能との双方の励振機能をもたせておく。そして、XY平面上で原点Qを中心としてX軸を反時計まわりに45°回転させることにより得られるX′軸と、XY平面上で原点Qを中心としてY軸を反時計まわりに45°回転させることにより得られるY′軸と、を定義し、n組の各慣性センサのうちの第1グループに所属する慣性センサは、x軸励振機能とy軸励振機能とを組み合わせることにより、重錘体をX′軸方向に振動させた状態において、重錘体に対してZ軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより、Y′軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度ωY′を検出し、n組の各慣性センサのうちの第2グループに所属する慣性センサは、x軸励振機能とy軸励振機能とを組み合わせることにより、重錘体をY′軸方向に振動させた状態において、重錘体に対してZ軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより、X′軸に平行なローカル軸まわりに作用した角速度ωX′を検出するようにする。そうすれば、角速度出力部560は、必要に応じて、角速度ωX′および角速度ωY′をそれぞれX軸まわりに作用した角速度ωXおよびY軸まわりに作用した角速度ωYに変換して出力することができる。   When this device is operated as a two-axis detection type angular velocity detection device having a function of detecting angular velocities around two coordinate axes in an XYZ three-dimensional coordinate system, each weight sensor is provided with n sets of inertial sensors. Both an x-axis excitation function that vibrates in the x-axis direction and a y-axis excitation function that vibrates in the y-axis direction are provided. Then, the X ′ axis obtained by rotating the X axis 45 ° counterclockwise around the origin Q on the XY plane, and the Y axis rotated 45 ° counterclockwise around the origin Q on the XY plane. And the Y ′ axis obtained by making the inertial sensor belonging to the first group out of the n sets of inertial sensors a weight by combining the x-axis excitation function and the y-axis excitation function. When the body is vibrated in the X′-axis direction, the angular velocity ωY ′ acting around the local axis parallel to the Y′-axis is detected by obtaining the Coriolis force acting in the Z-axis direction on the weight body. , The inertial sensors belonging to the second group of each of the n sets of inertial sensors in a state where the weight body is vibrated in the Y′-axis direction by combining the x-axis excitation function and the y-axis excitation function. Z axis with respect to the weight By obtaining the Coriolis force acting on the direction, so as to detect the 'angular ωX exerted around parallel local axis to the axis' X. Then, the angular velocity output unit 560 can convert the angular velocity ωX ′ and the angular velocity ωY ′ into the angular velocity ωX acting around the X axis and the angular velocity ωY acting around the Y axis, respectively, as necessary. .

また、この装置を、XYZ三次元座標系における3つの座標軸まわりの角速度を検出する機能をもった3軸検出型の角速度検出装置として動作させる場合は、更に、第1グループに所属する慣性センサおよび第2グループに所属する慣性センサの少なくとも一方が、重錘体に対してx軸方向に作用したコリオリ力を検出するx軸検出機能とy軸方向に作用したコリオリ力を検出するy軸検出機能との双方の検出機能を有し、これらx軸検出機能とy軸検出機能とを組み合わせることにより、重錘体に対してY′軸方向もしくはX′軸方向に作用したコリオリ力を求めることにより、Z軸まわりに作用した角速度ωZを検出する機能を有するようにしておけばよい。そうすれば、角速度出力部560は、角速度ωX,ωY,ωZの3軸成分を出力することができる。   Further, when this apparatus is operated as a three-axis detection type angular velocity detection apparatus having a function of detecting angular velocities around three coordinate axes in the XYZ three-dimensional coordinate system, an inertial sensor belonging to the first group, and An x-axis detection function for detecting a Coriolis force acting in the x-axis direction on at least one of the inertial sensors belonging to the second group and a y-axis detection function for detecting a Coriolis force acting in the y-axis direction By combining these x-axis detection function and y-axis detection function, the Coriolis force acting on the weight body in the Y'-axis direction or the X'-axis direction is obtained. It is sufficient to have a function of detecting the angular velocity ωZ acting around the Z axis. Then, the angular velocity output unit 560 can output three-axis components of angular velocities ωX, ωY, and ωZ.

<<< §7. いくつかの変形例 >>>
ここでは、これまで述べてきた種々の実施形態についての変形例をいくつか述べておく。
<<< §7. Some variations >>>
Here, some modified examples of the various embodiments described so far will be described.

<7−1. 素子配置を行う参照領域を8カ所に絞った変形例>
これまで述べてきた実施形態は、図4に示すような基本構造体100に、12組の参照領域R1〜R12を定義し、これら12組の参照領域R1〜R12のそれぞれに、少なくとも1つの動作用素子(検出素子もしくは駆動素子)を配置することを前提とするものであった。
<7-1. Modified example in which the reference area for element placement is narrowed down to 8>
In the embodiment described so far, 12 sets of reference regions R1 to R12 are defined in the basic structure 100 as shown in FIG. 4, and at least one operation is performed in each of the 12 sets of reference regions R1 to R12. This is based on the premise that an element (detection element or drive element) is disposed.

しかしながら、本発明を実施する上で、これら12組の参照領域R1〜R12のすべてについて、少なくとも1つの動作用素子を配置することは必須要件ではない。前述したように、この12組の参照領域R1〜R12のうち、第1の長手方向軸Lyもしくは第2の長手方向軸Lx上に配置された4組の参照領域R2,R5,R8,R11を中央配置領域と呼び、これらの両脇に配置された8組の参照領域R1,R3,R4,R6,R7,R9,R10,R12を脇侍配置領域と呼んだ場合、本発明において、少なくとも1つの動作用素子を配置することが必須要件となるのは、8組の脇侍配置領域であり、4組の中央配置領域には、必ずしも動作用素子を配置する必要はない。   However, in practicing the present invention, it is not an essential requirement to arrange at least one operating element for all of these 12 sets of reference regions R1 to R12. As described above, among the 12 sets of reference regions R1 to R12, four sets of reference regions R2, R5, R8, and R11 arranged on the first longitudinal axis Ly or the second longitudinal axis Lx are included. When eight sets of reference regions R1, R3, R4, R6, R7, R9, R10, and R12 arranged on both sides of these are called the central arrangement region, in the present invention, at least 1 It is an essential requirement to arrange one operation element in eight sets of armpit arrangement areas, and it is not always necessary to arrange an operation element in four sets of central arrangement areas.

図5〜図7を見れば明らかなように、8組の脇侍配置領域については、重錘体150がx軸,y軸,z軸のいずれの方向に変位を生じた場合にも、長手方向に伸縮応力が生じることになる。これに対して、4組の中央配置領域については、重錘体150がz軸方向に変位を生じた場合にのみ、長手方向に伸縮応力が生じることになる。したがって、重錘体150のz軸方向の変位を必要としない検出方法を採る場合(たとえば、加速度αzの検出が不要な場合や、重錘体をx軸方向に振動させながらy軸方向に作用したコリオリ力fyを検出することによりz軸まわりの角速度ωzを検出すれば足りる場合など)、4組の中央配置領域内には動作用素子を配置する必要はない。   As is apparent from FIGS. 5 to 7, the eight armpit arrangement regions are long even when the weight 150 is displaced in any of the x-axis, y-axis, and z-axis directions. Stretching stress is generated in the direction. On the other hand, with respect to the four central arrangement regions, stretching stress is generated in the longitudinal direction only when the weight body 150 is displaced in the z-axis direction. Therefore, when a detection method that does not require the displacement of the weight body 150 in the z-axis direction is adopted (for example, when detection of the acceleration αz is unnecessary, or when the weight body is vibrated in the x-axis direction, For example, when it is sufficient to detect the angular velocity ωz about the z-axis by detecting the Coriolis force fy), it is not necessary to arrange the operation elements in the four central arrangement regions.

もちろん、重錘体150のz軸方向の変位は、8組の脇侍配置領域に配置された素子によって検出したり、生じさせたりすることも可能なので、これらの素子だけで、加速度αzの検出、コリオリ力fzの検出、z軸方向への励振を行うことが可能である。要するに、本発明をその最小構成で実施する場合は、図5および図6に示す8組の脇侍配置領域の伸縮状態を考慮して、検出動作に必要な動作用素子を、8組の脇侍配置領域に配置する構成を採ればよい。   Of course, the displacement in the z-axis direction of the weight body 150 can be detected or caused by the elements arranged in the eight sets of armpit arrangement regions, so that the acceleration αz can be detected only by these elements. The Coriolis force fz can be detected and excited in the z-axis direction. In short, when the present invention is implemented with the minimum configuration, considering the expansion / contraction state of the eight sets of armpit arrangement regions shown in FIGS. What is necessary is just to take the structure arrange | positioned in the heel arrangement | positioning area | region.

<7−2. 環状構造体からなる固定部>
ここでは、図4に示す基本構造体100の変形例として、固定部を環状構造体によって構成した例を述べる。図36は、この変形例に係る基本構造体700の構造を示す平面図およびこれをyz平面で切断した側断面図(図(b) )である。図36(a) は平面図であるが、平面形状を明確に示すため、構造体内部の部分にハッチングを施して示し、12組の参照領域の位置を矩形で示す。
<7-2. Fixed part made of an annular structure>
Here, as a modification of the basic structure 100 shown in FIG. 4, an example in which the fixing portion is configured by an annular structure will be described. FIG. 36 is a plan view showing the structure of a basic structure 700 according to this modification, and a side cross-sectional view (FIG. (B)) cut along the yz plane. FIG. 36 (a) is a plan view, but in order to clearly show the planar shape, hatched portions are shown inside the structure, and the positions of 12 sets of reference regions are indicated by rectangles.

図4に示す基本的な実施形態では、第1の板状橋梁部120の一端を装置筐体の底板200に固定する固定部として、x軸に平行な長手方向軸L0に沿って伸びる固定部用板状部材110を用いていた。これに対して、図36に示す変形例では、環状構造体710を固定部として用いている。この環状構造体710は、図示のとおり、左辺711,下辺712,右辺713,上辺714という4辺をもった矩形枠状の構造体であり、図36(b) に示すように、その下面全面が装置筐体の底板800の上面に固着されている。   In the basic embodiment shown in FIG. 4, a fixing portion that extends along a longitudinal axis L <b> 0 parallel to the x-axis is used as a fixing portion that fixes one end of the first plate-like bridge portion 120 to the bottom plate 200 of the apparatus housing. The plate-like member 110 for use was used. On the other hand, in the modification shown in FIG. 36, the annular structure 710 is used as the fixing portion. As shown in the figure, this annular structure 710 is a rectangular frame-shaped structure having four sides, ie, a left side 711, a lower side 712, a right side 713, and an upper side 714. As shown in FIG. Is fixed to the upper surface of the bottom plate 800 of the apparatus casing.

一方、環状構造体710の左辺711の図(a) の下端近傍には、第1の板状橋梁部720の根端部が接続されている。そして、この第1の板状橋梁部720の先端部は、中間接続部725を介して、第2の板状橋梁部730の根端部に接続されており、第2の板状橋梁部730の先端部は重錘接続部740を介して重錘体750に接続されている。結局、この変形例の場合、固定部が、環状構造体710によって構成されており、この環状構造体710によって囲まれた内部領域に、第1の板状橋梁部720、第2の板状橋梁部730および重錘体750が配置された構造となっている。   On the other hand, the root end portion of the first plate-like bridge portion 720 is connected to the vicinity of the lower end of the left side 711 of the annular structure 710 in FIG. The leading end of the first plate-like bridge portion 720 is connected to the root end portion of the second plate-like bridge portion 730 via the intermediate connection portion 725, and the second plate-like bridge portion 730 is connected. Is connected to the weight body 750 via the weight connection portion 740. After all, in the case of this modification, the fixed portion is constituted by the annular structure 710, and the first plate-like bridge portion 720 and the second plate-like bridge are formed in the inner region surrounded by the annular structure 710. The portion 730 and the weight body 750 are arranged.

このように、第1の板状橋梁部720、第2の板状橋梁部730、重錘体750の周囲を、環状構造体710が所定距離を維持して取り囲む構造を採用すると、環状構造体710が、第1の板状橋梁部720、第2の板状橋梁部730、重錘体750の過剰な変位を制御するストッパ部材としての役割を果たすことになる。すなわち、装置筐体に所定の大きさ以上の外力が作用したときに、内部領域に配置された部材が環状構造体710の内面に接触することにより、当該部材の変位が所定範囲内に制御されるように構成されている。このため、重錘体750に過度の加速度やコリオリ力(各板状橋梁部720,730が破損するような力)が加わった場合でも、各部の過度の変位を制限することができるので、板状橋梁部720,730が破損する事態を避けることができる。   As described above, when the structure in which the annular structure 710 surrounds the first plate-shaped bridge portion 720, the second plate-shaped bridge portion 730, and the weight body 750 while maintaining a predetermined distance, the annular structure 710 serves as a stopper member that controls excessive displacement of the first plate-like bridge portion 720, the second plate-like bridge portion 730, and the weight body 750. That is, when an external force of a predetermined magnitude or more is applied to the apparatus housing, the member disposed in the inner region contacts the inner surface of the annular structure 710, so that the displacement of the member is controlled within a predetermined range. It is comprised so that. For this reason, even if excessive acceleration or Coriolis force is applied to the weight body 750 (force that damages each plate-like bridge portion 720, 730), excessive displacement of each portion can be limited. The situation where the bridge portions 720 and 730 are damaged can be avoided.

<7−3. 庇構造部の付加>
図36に示す変形例のもう一つの特徴は、中間接続部725が、第1の板状橋梁部720の先端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部801と第2の板状橋梁部730の根端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部802とを有し、重錘接続部740が、第2の板状橋梁部730の先端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部803を有する点である。なお、これら庇構造部801,802,803を設けたため、環状構造体710の内側部分には、これら庇構造部801,802,803に対応した位置に凹部が形成されている。
<7-3.の Addition of structure part>
Another feature of the modified example shown in FIG. 36 is that the intermediate connection portion 725 protrudes outward from the side surface of the front end portion of the first plate-like bridge portion 720 and the second plate-like bridge portion.庇 structure portion 802 projecting outward from the side surface of the root end portion of 730, and weight connection portion 740 projecting outward from the side surface of the distal end portion of second plate-like bridge portion 730 This is a point having a portion 803. Since these flange structures 801, 802, and 803 are provided, recesses are formed in the inner portion of the annular structure 710 at positions corresponding to these flange structures 801, 802, and 803.

本願発明者は、図示のような庇構造部801,802,803を設けた構造を採用すると、この慣性センサの検出効率を更に向上させることができることを発見した。これは、この庇構造部801,802,803を設けた構造を採用すると、各参照領域R1〜R12の位置に生じる伸縮応力を更に高めることができるためである。これを、コンピュータを用いた構造力学上のシミュレーション結果に基づいて示そう。   The inventor of the present application has found that the detection efficiency of the inertial sensor can be further improved by adopting a structure provided with the saddle structure portions 801, 802, and 803 as shown in the figure. This is because if the structure provided with the flange structures 801, 802, and 803 is employed, the stretching stress generated at the positions of the reference regions R1 to R12 can be further increased. Let's show this based on the simulation results of structural mechanics using a computer.

図37(a) は、庇構造部が形成されていない基本構造体100(ほぼ、図4に示す基本構造体100に対応するもの)について、重錘体150がx軸正方向の変位Δx(+)を生じたときの各板状橋梁部120,130に生じる応力の大きさを示す応力分布図である。一方、図37(b) は、図36に示す基本構造体700(庇構造部801,802,803を設けた構造)について、重錘体750がx軸正方向の変位Δx(+)を生じたときの各板状橋梁部に生じる応力の大きさを示す応力分布図である。いずれの分布図も、所定の変位量が生じたときに、中程度の伸張応力、強い伸張応力、中程度の収縮応力、強い収縮応力が作用する領域に、それぞれ固有のハッチングを施して示したものである(各図右上の凡例参照)。   FIG. 37 (a) shows a case where the weight body 150 has a displacement Δx in the positive x-axis direction (about xx-axis positive direction) with respect to the basic structure 100 (substantially corresponding to the basic structure 100 shown in FIG. It is a stress distribution diagram which shows the magnitude | size of the stress which arises in each plate-shaped bridge part 120,130 when producing | generating +). On the other hand, FIG. 37 (b) shows that the weight body 750 produces a displacement Δx (+) in the x-axis positive direction with respect to the basic structure 700 shown in FIG. 36 (the structure provided with the flange structures 801, 802, 803). It is a stress distribution diagram which shows the magnitude | size of the stress which arises in each plate-shaped bridge part at the time of. In each distribution diagram, when a certain amount of displacement occurs, the areas where moderate extension stress, strong extension stress, intermediate contraction stress, and strong contraction stress are applied are shown with their own hatching. (See legend at the top right of each figure).

同様に、図38は、庇構造部が形成されていない基本構造体(図(a) )および庇構造部が形成された基本構造体(図(b) )について、重錘体がy軸正方向の変位Δy(+)を生じたときの各板状橋梁部に生じる応力の大きさを示す応力分布図であり、図39は、庇構造部が形成されていない基本構造体(図(a) )および庇構造部が形成された基本構造体(図(b) )について、重錘体がz軸正方向の変位Δz(+)を生じたときの各板状橋梁部に生じる応力の大きさを示す応力分布図である。   Similarly, FIG. 38 shows that the weight body of the basic structure (FIG. (A)) in which the heel structure portion is not formed and the basic structure (FIG. (B)) in which the heel structure portion is formed are y-axis positive. FIG. 39 is a stress distribution diagram showing the magnitude of the stress generated in each plate-like bridge portion when the direction displacement Δy (+) is generated, and FIG. 39 is a basic structure (FIG. (A )) And the magnitude of stress generated in each plate-like bridge when the weight body is displaced in the z-axis positive direction Δz (+) for the basic structure (Fig. FIG.

図37(a) ,(b) および図38(a) ,(b) の応力分布図を参照すると、重錘体が、x軸方向やy軸方向に変位したときには、左右の脇侍配置領域に比較的大きな伸縮応力が発生していることがわかる。一方、図39(a) ,(b) の応力分布図を参照すると、重錘体がz軸方向に変位したときには、すべての参照領域に比較的大きな伸縮応力が発生していることがわかる。したがって、図4に示す12組の参照領域R1〜R12の配置が理想的な配置になっていることが理解できよう。図5〜図7に示す各参照領域R1〜R12の伸縮状態は、図37〜図39の応力分布図から得られたものである。   Referring to the stress distribution diagrams of FIGS. 37 (a), 37 (b) and 38 (a), 38 (b), when the weight body is displaced in the x-axis direction or the y-axis direction, the left and right armpit arrangement regions It can be seen that a relatively large stretching stress is generated. On the other hand, referring to the stress distribution diagrams of FIGS. 39 (a) and 39 (b), it can be seen that when the weight body is displaced in the z-axis direction, a relatively large stretching stress is generated in all the reference regions. Therefore, it can be understood that the arrangement of the 12 sets of reference regions R1 to R12 shown in FIG. 4 is an ideal arrangement. The expansion and contraction states of the reference regions R1 to R12 shown in FIGS. 5 to 7 are obtained from the stress distribution diagrams of FIGS.

なお、図には示されていないが、各板状橋梁部120,130の両側面にも両縁部と同様の応力分布が連続して現れる。したがって、脇侍配置領域R1,R3,R4,R6,R7,R9,R10,R12は、各板状橋梁部120,130の上面だけでなく、側面に設けることも可能である。図17(b) 〜(d) に示すバリエーションは、このような側面の応力分布も考慮したものである。   Although not shown in the figure, stress distribution similar to that at both edges appears continuously on both side surfaces of each plate-like bridge portion 120, 130. Therefore, the armpit arrangement regions R1, R3, R4, R6, R7, R9, R10, and R12 can be provided not only on the upper surfaces of the plate-like bridge portions 120 and 130, but also on the side surfaces. The variations shown in FIGS. 17 (b) to 17 (d) take into account such side surface stress distribution.

しかも、図37〜図39において、上段の図(a) と下段の図(b) とを比較すると、概して、下段の図(b) に示す応力分布図の方が比較的大きな伸縮応力が発生していることがわかる。これは、図36(a) に示すように、庇構造部801,802,803を設けた構造を採用すると、第1の板状橋梁部720の根端部および先端部ならびに第2の板状橋梁部730の根端部および先端部に効率的に応力を集中させることができ、慣性センサの検出効率を更に向上させることができることを意味する。したがって、実用上は、図36(a) に示すように、庇構造部801,802,803を設けた構造を採用するのが好ましい。   Moreover, in FIGS. 37 to 39, when the upper diagram (a) and the lower diagram (b) are compared, generally the stress distribution diagram shown in the lower diagram (b) generates a relatively large stretching stress. You can see that As shown in FIG. 36 (a), when a structure provided with eaves structure portions 801, 802, 803 is adopted, the root end portion and the tip end portion of the first plate-like bridge portion 720 and the second plate-like portion are used. This means that stress can be efficiently concentrated on the root end portion and the tip end portion of the bridge portion 730, and the detection efficiency of the inertial sensor can be further improved. Therefore, in practice, it is preferable to employ a structure provided with the ridge structure portions 801, 802, and 803 as shown in FIG.

図40は、図36に示す基本構造体700をもった慣性センサを4組設けることにより構成された角速度検出装置3000の基本構造体を示す平面図である(図におけるハッチングは、基本構造体の形状を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない)。図示の基本構造体700A〜700Dは、図36に示す基本構造体700に対応するものである。図25に示す角速度検出装置2000の代わりに、図40に示す角速度検出装置3000を用いれば、検出効率を更に向上させることができる。   FIG. 40 is a plan view showing a basic structure of an angular velocity detecting device 3000 configured by providing four sets of inertial sensors having the basic structure 700 shown in FIG. 36 (hatching in the figure indicates the basic structure). It is given to clearly show the shape, not the cross section). The basic structures 700A to 700D shown in the figure correspond to the basic structure 700 shown in FIG. If the angular velocity detection device 3000 shown in FIG. 40 is used instead of the angular velocity detection device 2000 shown in FIG. 25, the detection efficiency can be further improved.

<7−4. 環状重錘体>
最後に、重錘体を外側に設け、環状構造とした変形例を述べておく。この変形例は、図36に示した変形例における固定部(環状構造体710)と重錘体(750)との役割を逆転させたものである。すなわち、図36に示した変形例において固定部として機能していた環状構造体710を重錘体として機能させ、重錘体750として機能していた板状体を固定部として機能させるようにしたものである。そのためには、図36において重錘体750として機能していた板状体の下面を装置筐体の底板の上面に固定し、図36において固定部として機能していた環状構造体710が、外力が作用しない状態において、装置筐体の底板の上方に浮いた宙吊り状態になるようにすればよい。
<7-4. Annular weight>
Finally, a modified example in which a weight body is provided on the outer side to form an annular structure will be described. In this modification, the roles of the fixed portion (annular structure 710) and the weight body (750) in the modification shown in FIG. 36 are reversed. That is, the annular structure 710 functioning as the fixing portion in the modification shown in FIG. 36 is caused to function as the weight body, and the plate-like body functioning as the weight body 750 is functioned as the fixing portion. Is. For this purpose, the lower surface of the plate-like body functioning as the weight body 750 in FIG. 36 is fixed to the upper surface of the bottom plate of the apparatus housing, and the annular structure 710 functioning as the fixing portion in FIG. In a state in which no action occurs, it may be suspended in a suspended state above the bottom plate of the apparatus housing.

図41に、このような役割を逆転させた変形例に係る慣性センサの基本構造体700Eの構造を示す平面図(図(a) )およびこれをyz平面で切断した側断面図(図(b) )を示す。それぞれ上段に図(a) として示す平面図だけを比較すると、図36に示す基本構造体700と図41に示す基本構造体700Eとは、全く同じ構造のように見えるが、下段に図(b) として示す側断面図を比較すると、両者の構造の違いがよく理解できよう。   FIG. 41 is a plan view (FIG. 41 (a)) showing the structure of an inertial sensor basic structure 700E according to a modified example in which such a role is reversed, and a side sectional view of the structure cut along the yz plane (FIG. )) Comparing only the plan view shown as FIG. (A) in the upper stage, the basic structure 700 shown in FIG. 36 and the basic structure 700E shown in FIG. Comparing the cross-sectional side views shown as), you can understand the difference in structure between the two.

図41に示す基本構造体700Eの場合、中央に配置された板状の部材750Eが板状固定部となり、他の部分に比べて厚みが大きい部分になる。そして、この板状固定部750Eの下面が、装置筐体の底板800Eの上面に固着される。一方、図41(a) に示すように、この板状固定部750Eの右上隅部には、固定端接続部740Eを介して、第1の板状橋梁部730Eの根端部(図の上端)が接続されている。また、この第1の板状橋梁部730Eの先端部(図の下端)には、中間接続部725Eを介して、第2の板状橋梁部720Eの根端部(図の右端)が接続されており、更に、この第2の板状橋梁部720Eの先端部(図の左端)には、環状重錘体710Eが接続されている。   In the case of the basic structure 700E shown in FIG. 41, a plate-like member 750E disposed at the center serves as a plate-like fixing portion, and a portion having a larger thickness than other portions. The lower surface of the plate-like fixing portion 750E is fixed to the upper surface of the bottom plate 800E of the apparatus housing. On the other hand, as shown in FIG. 41 (a), at the upper right corner of the plate-like fixing portion 750E, the root end portion (the upper end of the figure) of the first plate-like bridge portion 730E is provided via a fixed end connecting portion 740E. ) Is connected. In addition, a root end portion (right end in the drawing) of the second plate bridge portion 720E is connected to a tip portion (lower end in the drawing) of the first plate-like bridge portion 730E through an intermediate connection portion 725E. Further, an annular weight body 710E is connected to the tip end portion (left end in the figure) of the second plate-like bridge portion 720E.

環状重錘体710Eは、図41(a) に示すとおり、左辺711E,下辺712E,右辺713E,上辺714Eという4辺をもった矩形枠状の構造体であり、図41(b) に示すように、装置筐体の底板800Eの上方に浮いた状態となるように宙吊りになっている。   As shown in FIG. 41 (a), the annular weight body 710E is a rectangular frame-like structure having four sides of a left side 711E, a lower side 712E, a right side 713E, and an upper side 714E, as shown in FIG. 41 (b). Furthermore, it is suspended in the air so that it floats above the bottom plate 800E of the apparatus housing.

これまで述べてきた実施形態では、重錘体が基本構造体の内側位置に配置されていたが、図41に示す変形例の場合、環状重錘体710Eが基本構造体700Eの外側位置に配置されることになる。このように外側に環状重錘体を配置する構造を採ると、一般的に、重錘体の質量を大きく確保することが容易になるので、重錘体の質量を大きくして検出効率を高める上では有利である。   In the embodiments described so far, the weight body is disposed at the inner position of the basic structure body. However, in the modification shown in FIG. 41, the annular weight body 710E is disposed at the outer position of the basic structure body 700E. Will be. If a structure in which the annular weight body is arranged on the outside in this way is generally easy to secure a large weight body weight, the weight body weight is increased to increase the detection efficiency. Above is advantageous.

図42は、図41に示す基本構造体700Eに補助重錘体711F〜714Fを付加することにより、重錘体全体の質量を増加させた変形例を示す平面図(図(a) )およびこれをyz平面で切断した側断面図(図(b) )である。図42(a) の平面図に示すとおり、この変形例に係る基本構造体700Fを上方から見たときの構造は、図41(a) に示す基本構造体700Eの構造と全く同じであり、ここでは、各部に図41(a) に示す基本構造体700Eの各部と同じ符号を付して示してある。   42 is a plan view (FIG. 42 (a)) showing a modified example in which the mass of the entire weight body is increased by adding auxiliary weight bodies 711F to 714F to the basic structure 700E shown in FIG. It is the sectional side view (FIG. (B)) which cut | disconnected by yz plane. As shown in the plan view of FIG. 42 (a), the structure when the basic structure 700F according to this modification is viewed from above is exactly the same as the structure of the basic structure 700E shown in FIG. Here, the same reference numerals as those of the basic structure 700E shown in FIG.

この図42に示す実施例の場合も、中央の板状部材750Eが装置筐体に固定された固定部となり、周囲の環状構造体710E(4辺711E〜714Eからなる矩形状の枠)が重錘体として機能する。ここでは、この環状構造体710Eの下面に補助重錘体を固着することにより質量を増加させている。すなわち、図42(b) の側断面図を見ればわかるとおり、この変形例に係る基本構造体700Fでは、環状構造体の各辺711E〜714Eの下面に、それぞれ補助重錘体711F〜714Fが固着されており、環状重錘体710Eと補助重錘体711F〜714Fとの集合体が、この基本構造体700Fにおける重錘体として機能することになる。したがって、重錘体の質量を増加させ、検出感度を向上させることが可能になる。   In the embodiment shown in FIG. 42 as well, the central plate-like member 750E becomes a fixed portion fixed to the apparatus housing, and the surrounding annular structure 710E (rectangular frame composed of four sides 711E to 714E) overlaps. Functions as a weight. Here, the mass is increased by fixing the auxiliary weight body to the lower surface of the annular structure 710E. That is, as can be seen from the side sectional view of FIG. 42 (b), in the basic structure 700F according to this modification, auxiliary weight bodies 711F to 714F are respectively provided on the lower surfaces of the sides 711E to 714E of the annular structure. The assembly of the annular weight body 710E and the auxiliary weight bodies 711F to 714F functions as a weight body in the basic structure 700F. Therefore, it is possible to increase the mass of the weight body and improve the detection sensitivity.

<<< §8. 角速度・加速度・圧力の複合検出装置 >>>
これまで、§3,§4において、本発明に係る慣性センサを加速度センサとして利用した実施形態を述べ、§5において、本発明に係る慣性センサを角速度センサとして利用した実施形態を述べ、更に、§6において、この角速度センサを複数組設けた角速度検出装置の実施形態を述べた。
<<< §8. Combined detection device for angular velocity, acceleration and pressure >>>
So far, in §3 and §4, an embodiment using the inertial sensor according to the present invention as an acceleration sensor is described. In §5, an embodiment using the inertial sensor according to the present invention as an angular velocity sensor is described. In §6, an embodiment of an angular velocity detection device provided with a plurality of sets of angular velocity sensors has been described.

ここでは、角速度センサとして機能する慣性センサと、加速度センサとして機能する慣性センサと、を組み合わせることにより、角速度と加速度との双方を検出する機能をもち、更に、圧力を検出する圧力センサを加えることにより、圧力を検出する機能ももった角速度・加速度・圧力の複合検出装置4000の実施形態を、図43〜図46を参照しながら説明する。この複合検出装置は、§6−3において、図30,図31を参照して説明した角速度検出装置を基本として、加速度センサおよび圧力センサを付加することにより構成されるものである。   Here, by combining an inertial sensor that functions as an angular velocity sensor and an inertial sensor that functions as an acceleration sensor, it has a function of detecting both angular velocity and acceleration, and a pressure sensor that detects pressure is added. The embodiment of the combined angular velocity / acceleration / pressure detecting device 4000 having a function of detecting pressure will be described with reference to FIGS. This composite detection apparatus is configured by adding an acceleration sensor and a pressure sensor based on the angular velocity detection apparatus described with reference to FIGS. 30 and 31 in §6-3.

図43は、この複合検出装置4000に用いられる基本構造体を示す平面図である(図におけるハッチングは、基本構造体の形状を明瞭に示すために付したものであり、断面を示すものではない)。この複合検出装置4000は、第1の慣性センサA、第2の慣性センサB、第3の慣性センサE、そして圧力センサFを2行2列のマトリックス状に配置したものである。第1の慣性センサAおよび第2の慣性センサBは角速度センサであるが、第3の慣性センサEは加速度センサである。図43の上段部分には、第1の慣性センサAの基本構造体100AAと第2の慣性センサBの基本構造体100BBとを左右に並置した状態が示され、図43の下段部分には、第3の慣性センサEの基本構造体100EEと圧力センサFの基本構造体100FFとを左右に並置した状態が示されている。   FIG. 43 is a plan view showing a basic structure used in the composite detection apparatus 4000 (hatching in the figure is given in order to clearly show the shape of the basic structure, and does not show a cross section). ). This composite detection apparatus 4000 is configured by arranging a first inertia sensor A, a second inertia sensor B, a third inertia sensor E, and a pressure sensor F in a matrix of 2 rows and 2 columns. The first inertial sensor A and the second inertial sensor B are angular velocity sensors, while the third inertial sensor E is an acceleration sensor. 43 shows a state in which the basic structure 100AA of the first inertial sensor A and the basic structure 100BB of the second inertial sensor B are juxtaposed side by side, and the lower part of FIG. A state is shown in which the basic structure 100EE of the third inertial sensor E and the basic structure 100FF of the pressure sensor F are juxtaposed side by side.

ここで、第1の慣性センサAの基本構造体100AAと第2の慣性センサBの基本構造体100BBの構造は、図20に示す基本構造体100Aおよび100Bの構造とほぼ同じである。すなわち、基本構造体100AAは、第1の板状橋梁部120A,第2の板状橋梁部130A,重錘接続部140A,重錘体150Aを備えており、基本構造体100BBは、第1の板状橋梁部120B,第2の板状橋梁部130B,重錘接続部140B,重錘体150Bを備えている。そして、第1の板状橋梁部120Aの根端部および第2の板状橋梁部120Bの根端部は、固定部用板状部材171,172によって、図示されていない装置筐体に固定される。   Here, the basic structure 100AA of the first inertial sensor A and the basic structure 100BB of the second inertial sensor B are substantially the same as the structures of the basic structures 100A and 100B shown in FIG. That is, the basic structure 100AA includes a first plate-like bridge portion 120A, a second plate-like bridge portion 130A, a weight connection portion 140A, and a weight body 150A, and the basic structure 100BB has the first structure 100BB. A plate-like bridge portion 120B, a second plate-like bridge portion 130B, a weight connection portion 140B, and a weight body 150B are provided. The root end portion of the first plate-like bridge portion 120A and the root end portion of the second plate-like bridge portion 120B are fixed to a device housing (not shown) by fixing portion plate-like members 171 and 172. The

但し、ここに示す実施形態の場合、第1の板状橋梁部120Aの根端部および第2の板状橋梁部120Bの根端部は、図示のとおり、共通の環状接続部160および固定用接続部165を介して固定部用板状部材171,172に接続されている。このように環状接続部160を介した接続を行うのは、後に詳述するとおり、重錘体150A,150Bを振動させたときに、装置筐体への振動漏れを抑制するためである。   However, in the case of the embodiment shown here, the root end portion of the first plate-like bridge portion 120A and the root end portion of the second plate-like bridge portion 120B are, as shown, the common annular connecting portion 160 and the fixing portion. It is connected to the fixed portion plate members 171 and 172 via the connection portion 165. The connection through the annular connecting portion 160 is performed in order to suppress vibration leakage to the apparatus housing when the weight bodies 150A and 150B are vibrated, as will be described in detail later.

図示の例の場合、環状接続部160は、X軸に平行な方向に伸びる第1の辺(図の上辺)および第2の辺(図の下辺)を一方の対辺とし、Y軸に平行な方向に伸びる第3の辺(図の左辺)および第4の辺(図の右辺)を他方の対辺とする矩形状をしている。そして、第1の慣性センサAの第1の板状橋梁部120Aの根端部と第2の慣性センサBの第1の板状橋梁部120Bの根端部とが、この環状接続部160の第1の辺(図の上辺)に接続されており、環状接続部160の第2の辺(図の下辺)が固定用接続部165を介して固定部用板状部材171,172に接続されている。   In the case of the illustrated example, the annular connecting portion 160 has a first side (upper side in the figure) and a second side (lower side in the figure) extending in a direction parallel to the X axis as one opposite side and parallel to the Y axis. It has a rectangular shape with the third side (left side in the figure) and the fourth side (right side in the figure) extending in the direction as the other opposite side. The root end portion of the first plate-like bridge portion 120A of the first inertial sensor A and the root end portion of the first plate-like bridge portion 120B of the second inertial sensor B are connected to the annular connection portion 160. It is connected to the first side (the upper side in the figure), and the second side (the lower side in the figure) of the annular connection part 160 is connected to the fixing member plate members 171 and 172 via the fixing connection part 165. ing.

固定部用板状部材171,172は、本発明に係る慣性センサの固定部として機能し、その下面は装置筐体の底板に固着されている。一方、環状接続部160および固定用接続部165は、この装置筐体の底板から上方に浮き上がった位置に配置されている。結局、基本構造体100AA,100BBは、環状接続部160および固定用接続部165によって片持ち梁構造で支持され、全体が装置筐体の底板から浮き上がった位置に保持されていることになる。   The fixing member plate members 171 and 172 function as a fixing part of the inertial sensor according to the present invention, and the lower surface thereof is fixed to the bottom plate of the apparatus housing. On the other hand, the annular connecting portion 160 and the fixing connecting portion 165 are arranged at positions that are lifted upward from the bottom plate of the apparatus housing. Eventually, the basic structures 100AA and 100BB are supported in a cantilever structure by the annular connecting portion 160 and the fixing connecting portion 165, and the whole is held at a position raised from the bottom plate of the apparatus housing.

ここで、第1の慣性センサAおよび第2の慣性センサBは、互いに鏡像関係となる構造を有し、YZ平面を境界面として一方の空間に第1の慣性センサAが配置され、他方の空間に第2の慣性センサBが配置されており、これら両慣性センサA,Bは、YZ平面に関して面対称構造をなすことになる。また、図示のとおり、環状接続部160および固定用接続部165も、YZ平面に関して面対称構造をなす。このような対称構造の採用は、重錘体150A,150Bを振動させたときに、装置筐体への振動漏れを抑制する上で効果的である。   Here, the first inertial sensor A and the second inertial sensor B have structures that are mirror images of each other, the first inertial sensor A is disposed in one space with the YZ plane as a boundary surface, and the other The second inertial sensor B is disposed in the space, and both the inertial sensors A and B have a plane symmetrical structure with respect to the YZ plane. Further, as illustrated, the annular connecting portion 160 and the fixing connecting portion 165 also have a plane symmetrical structure with respect to the YZ plane. Employing such a symmetrical structure is effective in suppressing vibration leakage to the apparatus housing when the weights 150A and 150B are vibrated.

一方、第3の慣性センサEは、加速度センサであるが、その基本構造体100EEの構造は、第1の慣性センサAの基本構造体100AAと鏡像関係になっている。すなわち、基本構造体100EEは、第1の板状橋梁部120E,第2の板状橋梁部130E,重錘接続部140E,重錘体150Eを備えており、第1の板状橋梁部120Eの根端部は、固定部用板状部材171によって、図示されていない装置筐体に固定される。ここで基本構造体100EEは、装置筐体の底板から浮き上がった位置に保持されている。このように、角速度センサとして機能する第1の慣性センサAおよび第2の慣性センサBに、加速度センサとして機能する第3の慣性センサEを付加することにより、角速度と加速度との双方を検出する機能をもった複合検出装置を構成することができる。   On the other hand, the third inertial sensor E is an acceleration sensor, but the basic structure 100EE has a mirror image relationship with the basic structure 100AA of the first inertial sensor A. That is, the basic structure 100EE includes a first plate-like bridge portion 120E, a second plate-like bridge portion 130E, a weight connection portion 140E, and a weight body 150E, and the first plate-like bridge portion 120E. The root end portion is fixed to a device housing (not shown) by a fixing portion plate member 171. Here, the basic structure 100EE is held at a position raised from the bottom plate of the apparatus housing. Thus, by adding the third inertial sensor E functioning as an acceleration sensor to the first inertial sensor A and the second inertial sensor B functioning as an angular velocity sensor, both angular velocity and acceleration are detected. A composite detection apparatus having a function can be configured.

図示する実施形態は、更に、圧力センサFを加えることにより、角速度・加速度・圧力の複合検出装置を構成したものである。圧力センサFを構成する基本構造体100FFは、図示のとおり、固定用接続部180と密閉構造体190とによって構成される。密閉構造体190は、後述するとおり、内部に密閉空間を有し、少なくとも一面にダイアフラム部が形成された板状の構造体であり、固定用接続部180を介して固定部用板状部材172に接続されている。前述したとおり、固定部用板状部材172の下面は装置筐体の底板に固着されているが、固定用接続部180と密閉構造体190とは、この装置筐体の底板から上方に浮き上がった位置に配置されている。したがって、基本構造体100FFは、固定用接続部180によって片持ち梁構造で支持され、全体が装置筐体の底板から浮き上がった位置に保持されていることになる。   In the illustrated embodiment, a combined detection device for angular velocity / acceleration / pressure is configured by adding a pressure sensor F. The basic structure 100FF constituting the pressure sensor F is configured by a fixing connection portion 180 and a sealing structure 190, as illustrated. As will be described later, the sealed structure 190 is a plate-like structure having a sealed space inside and having a diaphragm portion formed on at least one surface thereof, and the fixing portion plate member 172 via the fixing connection portion 180. It is connected to the. As described above, the lower surface of the fixing member plate-like member 172 is fixed to the bottom plate of the apparatus housing, but the fixing connecting portion 180 and the sealing structure 190 are lifted upward from the bottom plate of the apparatus housing. Placed in position. Therefore, the basic structure 100FF is supported in a cantilever structure by the fixing connection portion 180, and the whole is held at a position raised from the bottom plate of the apparatus housing.

ここで、図43に示すように、固定部用板状部材171と172との境界部分に、XYZ三次元グローバル座標系の原点Qを定義し、図の右方向にX軸、図の上方向にY軸を定義し、各センサのXY平面に対する正射影投影像の配置を考えてみると、第1の慣性センサAは第2象限、第2の慣性センサBは第1象限、第3の慣性センサEは第3象限、圧力センサFは第4象限にそれぞれ配置されていることになる。ここで、第1の慣性センサAと第2の慣性センサBの位置は入れ替えても機能に変わりはなく、第3の慣性センサEと圧力センサFの位置は入れ替えても機能に変わりはない。但し、第1の慣性センサAと第2の慣性センサBとはX軸に沿って隣接配置されている必要がある。これは、§6−3において、図30,図31を参照して説明したとおり、重錘体150A,150Bを振動させたときに、装置筐体への振動漏れを抑制するためである。   Here, as shown in FIG. 43, the origin Q of the XYZ three-dimensional global coordinate system is defined at the boundary portion between the plate members 171 and 172 for the fixed portion, and the X axis is on the right side of the figure, and the upward direction of the figure. If the Y axis is defined and the arrangement of the orthogonal projection image of each sensor with respect to the XY plane is considered, the first inertial sensor A is the second quadrant, the second inertial sensor B is the first quadrant, the third The inertial sensor E is arranged in the third quadrant, and the pressure sensor F is arranged in the fourth quadrant. Here, the function does not change even if the positions of the first inertial sensor A and the second inertial sensor B are interchanged, and the function does not change even if the positions of the third inertial sensor E and the pressure sensor F are interchanged. However, the first inertial sensor A and the second inertial sensor B need to be adjacently disposed along the X axis. This is because, in §6-3, as described with reference to FIGS. 30 and 31, when the weights 150A and 150B are vibrated, vibration leakage to the apparatus housing is suppressed.

もちろん、第1の慣性センサAと第2の慣性センサBとを第3象限および第4象限に配置し、第3の慣性センサEと圧力センサFとを第1象限および第2象限に配置してもかまわないが、そのような配置は、図43において各座標軸の向きを逆方向に定義した場合の配置と等価である。結局、装置筐体への振動漏れを抑制するために効果的な配置を採るのであれば、XYZ三次元座標系におけるXY平面に対する正射影投影像に関して、第1の慣性センサAおよび第2の慣性センサBの投影像の一方は第1象限、他方は第2象限に位置し、第3の慣性センサEおよび圧力センサFの一方は第3象限、他方は第4象限に位置するようにすればよい。   Of course, the first inertia sensor A and the second inertia sensor B are arranged in the third quadrant and the fourth quadrant, and the third inertia sensor E and the pressure sensor F are arranged in the first quadrant and the second quadrant. However, such an arrangement is equivalent to an arrangement when the direction of each coordinate axis is defined in the opposite direction in FIG. After all, if an effective arrangement is adopted to suppress vibration leakage to the apparatus housing, the first inertial sensor A and the second inertia are related to the orthogonal projection image with respect to the XY plane in the XYZ three-dimensional coordinate system. If one of the projected images of sensor B is in the first quadrant, the other is in the second quadrant, one of the third inertial sensor E and pressure sensor F is in the third quadrant, and the other is in the fourth quadrant. Good.

なお、図43に示す実施形態では、第1の慣性センサA、第2の慣性センサB、第3の慣性センサE、圧力センサFの全体の周囲を取り囲み、装置筐体に固定された枠状固定部900が設けられている。この枠状固定部900は、個々のセンサが外部に直接露出しないように保護する機能を果たし、必要に応じて、装置筐体の一部として利用することも可能である。このように、ここに示す複合検出装置4000は、4つの象限に必要なセンサの基本構造体がそれぞれ配置されており、全体が矩形状の枠状固定部900の内部に効率的に収容されている。このため、小型で量産に適した装置が実現できる。   In the embodiment shown in FIG. 43, the first inertial sensor A, the second inertial sensor B, the third inertial sensor E, and the pressure sensor F are surrounded by a frame shape fixed to the apparatus housing. A fixing portion 900 is provided. The frame-shaped fixing unit 900 functions to protect individual sensors from being directly exposed to the outside, and can be used as a part of the apparatus housing as necessary. Thus, in the composite detection device 4000 shown here, the basic structures of the sensors necessary for the four quadrants are arranged, respectively, and the whole is efficiently accommodated inside the rectangular frame-shaped fixing portion 900. Yes. For this reason, a small device suitable for mass production can be realized.

続いて、この複合検出装置4000の検出動作を説明する。図44は、この複合検出装置4000の動作を説明するための平面図および各回路を示すブロック図である。上述したとおり、基本構造体100AAから構成される第1の慣性センサAおよび基本構造体100BBから構成される第2の慣性センサBは、角速度センサであり、その検出動作は、§6−3において、図30を参照して説明した角速度検出装置の動作と全く同じである(XYZ三次元座標系の原点Qの位置は若干ずれることになる)。   Subsequently, the detection operation of the composite detection apparatus 4000 will be described. FIG. 44 is a plan view for explaining the operation of the composite detection apparatus 4000 and a block diagram showing each circuit. As described above, the first inertial sensor A composed of the basic structure 100AA and the second inertial sensor B composed of the basic structure 100BB are angular velocity sensors, and the detection operation is performed in §6-3. 30 is exactly the same as the operation of the angular velocity detection apparatus described with reference to FIG. 30 (the position of the origin Q in the XYZ three-dimensional coordinate system is slightly shifted).

具体的には、第1の慣性センサAの重錘体150Aには、Y′軸に沿った振動UY′(+)を与え、第2の慣性センサBの重錘体150Bには、X′軸に沿った振動UX′(+)を与える。ここで、振動UY′(+)と振動UX′(+)とは同一周期の振動であり、2つの重心点Ga,Gbの動きが同期していると、X軸方向に関しては、2つの重心点Ga,Gbの動きは逆位相になる。このため、外部に漏れ出すX軸方向の振動成分が全体的に打ち消される。一方、基本構造体100AA,100BBは、環状接続部160を介して装置筐体に固定されているため、外部に漏れ出そうとするY軸方向の振動成分については、この環状接続部160によって大部分が吸収されることになる。   Specifically, a vibration UY ′ (+) along the Y ′ axis is applied to the weight body 150A of the first inertial sensor A, and a weight body 150B of the second inertial sensor B is applied to the weight body 150B. A vibration UX ′ (+) along the axis is given. Here, the vibration UY ′ (+) and the vibration UX ′ (+) are vibrations having the same period, and when the movements of the two centroid points Ga and Gb are synchronized, the two centroids in the X-axis direction. The movements of the points Ga and Gb are in opposite phases. For this reason, the vibration component in the X-axis direction that leaks to the outside is canceled as a whole. On the other hand, since the basic structural bodies 100AA and 100BB are fixed to the apparatus housing via the annular connection portion 160, vibration components in the Y-axis direction that are likely to leak to the outside are greatly increased by the annular connection portion 160. The part will be absorbed.

結局、環状接続部160を伝わって装置筐体へと漏れ出る振動成分は、X軸方向成分であってもY軸方向成分であっても、十分に減衰されることになり、装置筐体を伝わって外部に漏れ出る振動は大幅に抑制されることになる。加速度センサである第3の慣性センサEや圧力センサFからは、そもそも振動成分の発生はないので、これらのセンサについての振動漏れ対策は行う必要はない。なお、重錘体150A,150Bは、図31に示すような態様で振動させても、同様の振動漏れ効果が得られる。   Eventually, the vibration component that leaks to the apparatus housing through the annular connection portion 160 is sufficiently damped regardless of whether it is the X-axis direction component or the Y-axis direction component. Vibration that is transmitted and leaks to the outside is greatly suppressed. Since the third inertial sensor E and the pressure sensor F, which are acceleration sensors, do not generate vibration components in the first place, it is not necessary to take measures against vibration leakage for these sensors. Even if the weight bodies 150A and 150B are vibrated in the manner shown in FIG. 31, the same vibration leakage effect can be obtained.

§6−3において説明したとおり、第1の慣性センサAおよび第2の慣性センサBが組み込まれた角速度検出装置は、角速度ωX′,ωY′,ωZの各検出値、もしくはこれらに基づく変換処理で得られた角速度ωX,ωY,ωZの各検出値を得ることができる。   As described in §6-3, the angular velocity detection device in which the first inertial sensor A and the second inertial sensor B are incorporated is the detected value of each of the angular velocities ωX ′, ωY ′, ωZ, or conversion processing based on them. The detected values of the angular velocities ωX, ωY, and ωZ obtained in step 1 can be obtained.

一方、第3の慣性センサEは加速度センサであり、その検出動作は、既に、§3および§4で述べたとおりである。この加速度センサは、xyz三次元ローカル座標系において、作用した加速度の各座標軸方向成分αx,αy,αzを独立して検出する機能をもっているので、これらの検出値をそのままXYZ三次元グローバル座標系における各座標軸方向成分αX,αY,αZとして出力することが可能である。また、ベクトル合成演算を行うことにより、X軸を45°回転させたX′軸方向の加速度成分αX′やY軸を45°回転させたY′軸方向の加速度成分αY′を求めることも可能である。   On the other hand, the third inertial sensor E is an acceleration sensor, and its detection operation has already been described in §3 and §4. Since this acceleration sensor has a function of independently detecting each coordinate axis direction component αx, αy, αz of the applied acceleration in the xyz three-dimensional local coordinate system, these detected values are directly used in the XYZ three-dimensional global coordinate system. Each coordinate axis direction component αX, αY, αZ can be output. It is also possible to obtain an acceleration component αX ′ in the X′-axis direction obtained by rotating the X axis by 45 ° and an acceleration component αY ′ in the Y′-axis direction obtained by rotating the Y axis by 45 ° by performing a vector composition operation. It is.

また、圧力センサFは、外部から加えられた圧力を電気的に検出し、圧力検出値Pとして出力する機能を有しており、この複合検出装置4000が置かれた環境における大気圧を検出することが可能である。この圧力センサFの具体的な構造および動作原理は後述する。   Further, the pressure sensor F has a function of electrically detecting the pressure applied from the outside and outputting it as a pressure detection value P, and detects the atmospheric pressure in the environment where the composite detection device 4000 is placed. It is possible. The specific structure and operating principle of the pressure sensor F will be described later.

図44の下段に示すブロック図は、この複合検出装置4000に含まれる各検出回路の基本構成を示すものである。ここで、検出回路510A,510Bは、それぞれ角速度センサとして機能する慣性センサA,Bのための検出回路であり、その構成例や検出動作は、§6−3等において述べたとおりである。加速度検出回路520Eは、加速度センサとして機能する慣性センサEのための検出回路であり、その構成例は§3,§4で述べたとおりである。そして、圧力検出回路530Fは、圧力センサFによる圧力検出動作を行うための回路であり、後に、その一例を図46を参照しながら説明する。   The block diagram shown in the lower part of FIG. 44 shows the basic configuration of each detection circuit included in the composite detection apparatus 4000. Here, the detection circuits 510A and 510B are detection circuits for the inertial sensors A and B that function as angular velocity sensors, respectively, and their configuration examples and detection operations are as described in §6-3 and the like. The acceleration detection circuit 520E is a detection circuit for the inertial sensor E that functions as an acceleration sensor, and a configuration example thereof is as described in §3 and §4. The pressure detection circuit 530F is a circuit for performing a pressure detection operation by the pressure sensor F, and an example thereof will be described later with reference to FIG.

複合検出値出力部570は、図21に示す角速度出力部550の機能に加えて、第3の慣性センサEによって検出された加速度の検出値を出力する機能と、圧力センサFによって検出された圧力検出値Pを出力する機能とを有する構成要素である。結局、この複合検出値出力部570からは、図示のとおり、角速度ωX′,ωY′,ωZの3軸成分もしくは角速度ωX,ωY,ωZの3軸成分に、加速度αX′,αY′,αZの3軸成分もしくは加速度αX,αY,αZの3軸成分を加えた合計6軸成分を示す検出値と、圧力検出値Pとが出力されることになる。   In addition to the function of the angular velocity output unit 550 shown in FIG. 21, the composite detection value output unit 570 has a function of outputting a detection value of acceleration detected by the third inertial sensor E and a pressure detected by the pressure sensor F. This is a component having a function of outputting the detection value P. Eventually, from this composite detection value output unit 570, accelerations αX ′, αY ′, αZ are applied to the three-axis components of angular velocities ωX ′, ωY ′, ωZ or the three-axis components of angular velocities ωX, ωY, ωZ as shown in the figure. A detected value indicating a total of 6-axis components obtained by adding the 3-axis components or the 3-axis components of accelerations αX, αY, and αZ, and the pressure detection value P are output.

次に、圧力センサFの具体的構造および動作原理を説明する。図44に示す圧力センサFを構成する基本構造体100FFは、前述したとおり、固定用接続部180と密閉構造体190とによって構成される。図示の例の場合、密閉構造体190は、内部に密閉空間195を有し、上面にダイアフラム部Dfが形成された板状の構造体である。圧力センサFは、この基本構造体100FFと、圧力用検出素子351〜354と、圧力検出回路530Fとによって構成される。圧力用検出素子351〜354は、外部から加えられた圧力によって生じるダイアフラム部Dfの撓みに応じた電気信号を出力する素子であり、圧力検出回路530Fは、この圧力用検出素子351〜354の出力信号に基づいて、圧力の検出値Pを求める回路である。   Next, the specific structure and operating principle of the pressure sensor F will be described. The basic structure 100FF constituting the pressure sensor F shown in FIG. 44 is configured by the fixing connection portion 180 and the sealing structure 190 as described above. In the case of the illustrated example, the sealed structure 190 is a plate-shaped structure having a sealed space 195 inside and having a diaphragm portion Df formed on the upper surface. The pressure sensor F includes the basic structure 100FF, pressure detection elements 351 to 354, and a pressure detection circuit 530F. The pressure detection elements 351 to 354 are elements that output an electrical signal corresponding to the deflection of the diaphragm portion Df caused by the pressure applied from the outside, and the pressure detection circuit 530F is an output of the pressure detection elements 351 to 354. This is a circuit for obtaining a pressure detection value P based on a signal.

図45は、図44に示す密閉構造体190を、切断線45−45に沿った断面で切断した側断面図である。図には、密閉構造体190の位置を明確にするため、装置筐体の底板200も描かれている。前述したとおり、図44に示す固定部用板状部材172の下面は装置筐体の底板200に固着されているが、密閉構造体190は、固定用接続部180を介して固定部用板状部材172に接続されており、図示のとおり、装置筐体の底板200から上方に浮き上がった位置に保持されている。   FIG. 45 is a side cross-sectional view of the sealed structure 190 shown in FIG. 44 cut along a cross section taken along the cutting line 45-45. In the drawing, in order to clarify the position of the sealing structure 190, the bottom plate 200 of the apparatus housing is also drawn. As described above, the lower surface of the fixing portion plate member 172 shown in FIG. 44 is fixed to the bottom plate 200 of the apparatus housing, but the sealing structure 190 is fixed to the fixing portion plate shape via the fixing connection portion 180. It is connected to the member 172 and is held at a position raised upward from the bottom plate 200 of the apparatus housing as shown in the figure.

密閉構造体190は、内部に密閉空間195を有し、上面にダイアフラム部Dfが形成された板状の構造体であるが、図示の例の場合、SOI(Silicon on Insulator)基板によって構成されているため、全3層の構造になっている。すなわち、この例に示す密閉構造体190は、上方から下方に向かって順に、第1シリコン層191、酸化シリコン層192、第2シリコン層193を積層してなるSOI基板によって構成され、第2シリコン層193の上面に掘られた溝の内面と酸化シリコン層192の下面との間に密閉空間195が形成されている。ここで、密閉空間195の内部は真空になっており、真空室として機能する。   The sealed structure 190 is a plate-like structure having a sealed space 195 inside and having a diaphragm portion Df formed on the upper surface. In the illustrated example, the sealed structure 190 is configured by an SOI (Silicon on Insulator) substrate. Therefore, it has a three-layer structure. That is, the sealed structure 190 shown in this example is configured by an SOI substrate in which a first silicon layer 191, a silicon oxide layer 192, and a second silicon layer 193 are stacked in order from the top to the bottom. A sealed space 195 is formed between the inner surface of the groove dug in the upper surface of the layer 193 and the lower surface of the silicon oxide layer 192. Here, the inside of the sealed space 195 is evacuated and functions as a vacuum chamber.

ここに示す例のように、密閉構造体190をSOI基板によって構成すると、内部に真空の密閉空間195を作成する工程が容易になるというメリットが得られる。一般的なSOI基板の製造工程は、下面に酸化シリコン層が形成された第1のシリコン基板の下方に、上面に酸化シリコン層が形成された第2のシリコン基板を接合することによって行われる。そこで、接合前の段階で、第2のシリコン基板の上面に溝を堀っておき、真空中で両基板を接合するようにすれば、図45に示すような密閉構造体190を製造することができる。   As in the example shown here, when the sealed structure 190 is formed of an SOI substrate, an advantage of facilitating the process of creating a vacuum sealed space 195 inside can be obtained. A general SOI substrate manufacturing process is performed by bonding a second silicon substrate having a silicon oxide layer formed on an upper surface thereof to a lower side of a first silicon substrate having a silicon oxide layer formed on a lower surface. Therefore, if a groove is dug in the upper surface of the second silicon substrate and bonded to each other in a vacuum before bonding, a sealed structure 190 as shown in FIG. 45 can be manufactured. Can do.

上記接合工程を行うと、第1のシリコン基板の下面に形成された酸化シリコン層と、第2のシリコン基板の上面に形成された酸化シリコン層とが強く接合され、密閉空間195の真空度が十分に維持される。なお、通常、第1のシリコン基板のシリコン層の厚みは、ダイアフラム部Dfを構成する層としては厚すぎるので、両基板を接合した後、上面のシリコン層を研磨して薄くし、最適な厚みをもったダイアフラム部Dfが形成されるようにすればよい。   When the bonding process is performed, the silicon oxide layer formed on the lower surface of the first silicon substrate and the silicon oxide layer formed on the upper surface of the second silicon substrate are strongly bonded, and the degree of vacuum of the sealed space 195 is increased. Well maintained. In general, the thickness of the silicon layer of the first silicon substrate is too thick as a layer constituting the diaphragm portion Df. Therefore, after bonding both substrates, the silicon layer on the upper surface is polished and thinned to obtain an optimum thickness. What is necessary is just to make it form the diaphragm part Df with.

なお、図45では、図示の便宜上、各層の厚みの比が不正確に描かれているが、実際には、第1シリコン層191および酸化シリコン層192は、大気圧の変動によって撓みを生じる程度の厚みに設計されており、第1シリコン層191と酸化シリコン層192との積層体における密閉空間195の上方部分がダイアフラム部Dfを構成することになる。したがって、大気圧の変動により、ダイアフラム部Dfに撓みが生じ、密閉空間195の容積は変動する。   In FIG. 45, the thickness ratio of each layer is drawn inaccurately for the sake of illustration, but in reality, the first silicon layer 191 and the silicon oxide layer 192 are bent to a degree due to fluctuations in atmospheric pressure. The upper portion of the sealed space 195 in the stacked body of the first silicon layer 191 and the silicon oxide layer 192 constitutes the diaphragm portion Df. Therefore, the diaphragm portion Df bends due to a change in atmospheric pressure, and the volume of the sealed space 195 changes.

圧力用検出素子351〜354は、このようなダイアフラム部Dfに生じた撓みを電気的に検出するための素子であり、第1シリコン層191の上面に形成されている。ここに示す例の場合、圧力用検出素子351〜354としてピエゾ抵抗素子が用いられている。図45の側断面図には、2組のピエゾ抵抗素子353,354のみしか現れていないが、実際には、図44の平面図に示すように、第1シリコン層191の上面には合計4組のピエゾ抵抗素子351〜354が配置されている(ここでは、いずれの図においても、ピエゾ抵抗素子を黒塗り矩形で示す)。   The pressure detection elements 351 to 354 are elements for electrically detecting such deflection generated in the diaphragm portion Df, and are formed on the upper surface of the first silicon layer 191. In the example shown here, piezoresistive elements are used as the pressure detecting elements 351 to 354. In the side sectional view of FIG. 45, only two sets of piezoresistive elements 353 and 354 appear, but actually, as shown in the plan view of FIG. 44, there are a total of four on the upper surface of the first silicon layer 191. A pair of piezoresistive elements 351 to 354 are arranged (here, the piezoresistive elements are indicated by black rectangles in any of the drawings).

ここに示す実施形態の場合、図44の平面図に破線で示されているとおり、密閉空間195はその輪郭197が矩形状をなしている。別言すれば、ダイアフラム部Dfの上面に対する密閉空間197の正射影投影像の輪郭197は矩形になる。ここで、説明の便宜上、図44の平面図において、この輪郭矩形の4辺をそれぞれ上辺、下辺、左辺、右辺と定義すると、4組のピエゾ抵抗素子351〜354の配置は次のようになっている。   In the case of the embodiment shown here, the outline 197 of the sealed space 195 has a rectangular shape as indicated by a broken line in the plan view of FIG. In other words, the contour 197 of the orthogonal projection image of the sealed space 197 with respect to the upper surface of the diaphragm portion Df is rectangular. Here, for convenience of explanation, in the plan view of FIG. 44, if the four sides of the outline rectangle are defined as the upper side, the lower side, the left side, and the right side, respectively, the arrangement of the four sets of piezoresistive elements 351 to 354 is as follows. ing.

まず、第1のピエゾ抵抗素子351は、輪郭矩形197の内部における、その上辺の中央近傍に当該上辺に対して直交する方向(図におけるY軸方向)を長手方向とするように配置されており、第2のピエゾ抵抗素子352は、輪郭矩形197の内部における、その下辺の中央近傍に当該下辺に対して直交する方向(図におけるY軸方向)を長手方向とするように配置されている。一方、第3のピエゾ抵抗素子353は、輪郭矩形197の内部における、その左辺の中央近傍に当該左辺の方向(図におけるY軸方向)を長手方向とするように配置されており、第4のピエゾ抵抗素子354は、輪郭矩形197の内部における、その右辺の中央近傍に当該右辺の方向(図におけるY軸方向)を長手方向とするように配置されている。   First, the first piezoresistive element 351 is arranged in the vicinity of the center of the upper side in the outline rectangle 197 so that the direction perpendicular to the upper side (the Y-axis direction in the drawing) is the longitudinal direction. The second piezoresistive element 352 is arranged in the outline rectangle 197 in the vicinity of the center of the lower side so that the direction perpendicular to the lower side (the Y-axis direction in the drawing) is the longitudinal direction. On the other hand, the third piezoresistive element 353 is arranged in the outline rectangle 197 in the vicinity of the center of the left side so that the direction of the left side (the Y-axis direction in the drawing) is the longitudinal direction. The piezoresistive element 354 is arranged inside the outline rectangle 197 in the vicinity of the center of the right side so that the direction of the right side (the Y-axis direction in the drawing) is the longitudinal direction.

要するに、4組のピエゾ抵抗素子351〜354は、輪郭矩形197の4辺の中央近傍の内部領域に、いずれもY軸に平行な方向を長手方向とするように配置されていることになる。ピエゾ抵抗素子は、その長手方向を電流路とする電気抵抗の変化を検出する素子であり、長手方向に関する機械的な伸縮を電気的に検出することができる。ここで、大気圧の変動によってダイアフラム部Dfに撓みが生じた場合、その撓みにより、第1のピエゾ抵抗素子351および第2のピエゾ抵抗素子352と、第3のピエゾ抵抗素子353および第4のピエゾ抵抗素子354とでは、全く逆の抵抗変化が生じ、一方の抵抗値が増大すると他方の抵抗値は減少する。このような抵抗変化を利用すれば、ブリッジ回路によって圧力を検出することができる。   In short, the four sets of piezoresistive elements 351 to 354 are arranged in the inner region near the center of the four sides of the outline rectangle 197 so that the direction parallel to the Y axis is the longitudinal direction. The piezoresistive element is an element that detects a change in electrical resistance with the longitudinal direction as a current path, and can electrically detect mechanical expansion and contraction in the longitudinal direction. Here, when the diaphragm portion Df bends due to a change in the atmospheric pressure, the first piezoresistive element 351, the second piezoresistive element 352, the third piezoresistive element 353, and the fourth piezoresistive are caused by the bend. A completely opposite resistance change occurs with the piezoresistive element 354, and when one resistance value increases, the other resistance value decreases. By utilizing such a resistance change, the pressure can be detected by a bridge circuit.

図46は、図44の圧力検出回路530Fを構成するブリッジ回路を示す回路図である。図示のとおり、このブリッジ回路は、第1のピエゾ抵抗素子351と第2のピエゾ抵抗素子352とを一方の対辺とし、第3のピエゾ抵抗素子353と第4のピエゾ抵抗素子354とを他方の対辺とする回路になっており、電源300から所定の基準電圧が印加されている。このため、出力端子T51,T52間には、大気圧の変動に応じたブリッジ電圧Vpが出力されることになり、圧力検出値Pは、このブリッジ電圧Vpに基づいて決定される。   FIG. 46 is a circuit diagram showing a bridge circuit constituting the pressure detection circuit 530F of FIG. As shown in the figure, the bridge circuit includes a first piezoresistive element 351 and a second piezoresistive element 352 on one side, and a third piezoresistive element 353 and a fourth piezoresistive element 354 on the other side. The circuit is the opposite side, and a predetermined reference voltage is applied from the power supply 300. For this reason, the bridge voltage Vp corresponding to the fluctuation of the atmospheric pressure is output between the output terminals T51 and T52, and the pressure detection value P is determined based on the bridge voltage Vp.

なお、この圧力センサFでは、密閉構造体190の所定の1箇所(図44に示す例の場合は図の左上の1箇所)が固定用接続部180を介して装置筐体に固定されており、図45に示すとおり、密閉構造体190は、装置筐体内で宙吊り状態に支持されている。これは、外乱の影響を受けない正確な圧力検出を行う上で好都合である。ダイアフラム部Dfに対して、外部から機械的な応力が加わることにより撓みが生じてしまうと、正確な圧力検出を行うことができなくなる。図示の例のように、密閉構造体190を1箇所のみの片持ち梁構造で装置筐体内に宙吊り状態で支持する構造を採れば、外部からの応力がダイアフラム部Dfの撓みに影響を与えることを極力排除することができ、大気圧を正確に検出することが可能になる。   In the pressure sensor F, one predetermined place (one place on the upper left in the figure in the example shown in FIG. 44) of the sealed structure 190 is fixed to the apparatus housing via the fixing connection portion 180. 45, the sealed structure 190 is supported in a suspended state in the apparatus housing. This is advantageous for accurate pressure detection that is not affected by disturbance. If the diaphragm portion Df is bent due to mechanical stress applied from the outside, accurate pressure detection cannot be performed. As shown in the example, if a structure in which the sealed structure 190 is supported in a suspended state in the apparatus housing with a single cantilever structure, stress from the outside affects the deflection of the diaphragm portion Df. Can be eliminated as much as possible, and the atmospheric pressure can be accurately detected.

9b:切断線(図9(b) の断面位置を示す)
10:基本構造体
11:台座部
12:ダイアフラム部
13:重錘体
14b:切断線(図14(b) の断面位置を示す)
20:ピエゾ抵抗素子
30:装置筐体の底板
100,100A〜100D:基本構造体
100AA〜100FF:基本構造体
110,110A,110B:固定部用板状部材
110AC,110BD:固定部用板状部材
120,120A〜120E:第1の板状橋梁部
125:中間接続部
130,130A〜130E:第2の板状橋梁部
140,140A〜140E:重錘接続部
150,150A〜150E:重錘体
160:環状接続部
165:固定用接続部
171,172:固定部用板状部材
180:固定用接続部
190:密閉構造体
191:第1シリコン層(ダイアフラム部)
192:酸化シリコン層(ダイアフラム部)
193:第2シリコン層
195:密閉空間(真空室)
197:輪郭矩形
200:装置筐体の底板
300:電源
301〜312:ピエゾ抵抗素子
301A〜312A:ピエゾ抵抗素子
301B〜312B:ピエゾ抵抗素子
351〜354:ピエゾ抵抗素子(圧力用検出素子)
400:装置筐体のカバー
410:装置筐体の天板
420:装置筐体の側板
500:検出回路
510,510A〜510D:検出回路
520E:加速度検出回路
520F:圧力検出回路
550,560:角速度出力部
570:複合検出値出力部
600:層状の圧電体
600b,600c,600d1,600d2:層状の圧電体
601〜612:個々の圧電素子/個々の上層電極
601A〜612A:個々の圧電素子/個々の上層電極
601B〜612B:個々の圧電素子/個々の上層電極
610b,610c,610d:個々の上層電極
611b,611c,611d:個々の上層電極
612b,612c,612d:個々の上層電極
621〜633:差分回路
641〜646:交流電源
650:下層電極
650b,650c,650d:下層電極
651〜656:交流駆動信号/交流駆動信号源
700,700A〜700F:基本構造体
710:環状構造体
710E:環状構造体
711〜714:環状構造体の各辺
711E〜714E:環状構造体の各辺
711F〜714F:補助重錘体
720:第1の板状橋梁部
720E:第2の板状橋梁部
725:中間接続部
725E:中間接続部
730:第2の板状橋梁部
730E:第1の板状橋梁部
740:重錘接続部
740E:固定端接続部
750:重錘体
750E:板状固定部
800,800E:装置筐体の底板
801〜803:庇構造部
900:枠状固定部
1000:角速度検出装置
2000:角速度検出装置
3000:角速度検出装置
4000:複合検出装置
A〜D:慣性センサ
Df:ダイアフラム部
E:慣性センサ(加速度センサ)
F:圧力センサ
Ga〜Gd:重心点
L0:固定部用長手方向軸
Lx:第2の長手方向軸(中心線)
Ly:第1の長手方向軸(中心線)
O:xyz三次元座標系(ローカル座標系)の原点
P:圧力検出値
Q:XYZ三次元座標系(グローバル座標系)の原点
R1〜R12:参照領域
S,S1,S2:対称面
T11〜T52:出力端子
UX,UX(+),UX(−):X軸方向の振動
UX′,UX′(+),UX′(−):X′軸方向の振動
UY,UY(+),UY(−):Y軸方向の振動
UY′,UY′(+),UY′(−):Y′軸方向の振動
Ux:x軸方向の振動
Uy:y軸方向の振動
Uz:z軸方向の振動
V:空隙部
Vx:x軸検出電圧
Vy:y軸検出電圧
Vz:z軸検出電圧
X:XYZ三次元座標系(グローバル座標系)の座標軸
X′:X軸を45°回転させて得られる軸
x:xyz三次元座標系(ローカル座標系)の座標軸
Δx(+):x軸正方向の変位
Y:XYZ三次元座標系(グローバル座標系)の座標軸
Y′:Y軸を45°回転させて得られる軸
y:xyz三次元座標系(ローカル座標系)の座標軸
Δy(+):y軸正方向の変位
Z:XYZ三次元座標系(グローバル座標系)の座標軸
z:xyz三次元座標系(ローカル座標系)の座標軸
Δz(+):z軸正方向の変位
9b: cutting line (shows the cross-sectional position in FIG. 9 (b))
10: Basic structure 11: Pedestal part 12: Diaphragm part 13: Weight body 14b: Cutting line (shows the cross-sectional position of FIG. 14 (b))
20: Piezoresistive element 30: Bottom plates 100, 100A to 100D of the apparatus housing: Basic structures 100AA to 100FF: Basic structures 110, 110A, 110B: Plate members for fixing portions 110AC, 110BD: Plate members for fixing portions 120, 120A to 120E: first plate-like bridge portion 125: intermediate connection portion 130, 130A to 130E: second plate-like bridge portion 140, 140A to 140E: weight connection portion 150, 150A to 150E: weight body 160: annular connection portion 165: fixing connection portions 171, 172: fixing portion plate member 180: fixing connection portion 190: sealing structure 191: first silicon layer (diaphragm portion)
192: Silicon oxide layer (diaphragm part)
193: Second silicon layer 195: Sealed space (vacuum chamber)
197: Outline rectangle 200: Bottom plate 300 of apparatus housing: Power supplies 301 to 312: Piezoresistive elements 301A to 312A: Piezoresistive elements 301B to 312B: Piezoresistive elements 351 to 354: Piezoresistive elements (pressure detecting elements)
400: device housing cover 410: device housing top plate 420: device housing side plate 500: detection circuit 510, 510A to 510D: detection circuit 520E: acceleration detection circuit 520F: pressure detection circuit 550, 560: angular velocity output Unit 570: composite detection value output unit 600: layered piezoelectric bodies 600b, 600c, 600d1, and 600d2: layered piezoelectric bodies 601 to 612: individual piezoelectric elements / individual upper layer electrodes 601A to 612A: individual piezoelectric elements / individual Upper layer electrodes 601B-612B: individual piezoelectric elements / individual upper layer electrodes 610b, 610c, 610d: individual upper layer electrodes 611b, 611c, 611d: individual upper layer electrodes 612b, 612c, 612d: individual upper layer electrodes 621-633: difference Circuits 641 to 646: AC power source 650: lower layer electrodes 650b, 650c, 650d: Layer electrodes 651-656: AC drive signal / AC drive signal source 700, 700A-700F: Basic structure 710: Ring structure 710E: Ring structure 711-714: Each side 711E-714E of ring structure: Ring structure Sides 711F to 714F: auxiliary weight body 720: first plate-like bridge portion 720E: second plate-like bridge portion 725: intermediate connection portion 725E: intermediate connection portion 730: second plate-like bridge portion 730E: First plate-like bridge portion 740: weight connecting portion 740E: fixed end connecting portion 750: weight body 750E: plate-like fixing portion 800, 800E: bottom plates 801 to 803 of apparatus housing: eaves structure portion 900: frame shape Fixed portion 1000: Angular velocity detection device 2000: Angular velocity detection device 3000: Angular velocity detection device 4000: Composite detection devices A to D: Inertia sensor Df: Diaphragm portion E: Inertia sensor (acceleration Capacitors)
F: Pressure sensors Ga to Gd: Center of gravity L0: Longitudinal axis Lx for fixed portion Lx: Second longitudinal axis (center line)
Ly: first longitudinal axis (center line)
O: origin of xyz three-dimensional coordinate system (local coordinate system) P: pressure detection value Q: origin of XYZ three-dimensional coordinate system (global coordinate system) R1 to R12: reference areas S, S1, S2: symmetry planes T11 to T52 : Output terminals UX, UX (+), UX (-): Vibration in the X-axis direction UX ', UX' (+), UX '(-): Vibration in the X-axis direction UY, UY (+), UY ( -): Y-axis vibration UY ', UY' (+), UY '(-): Y'-axis vibration Ux: x-axis vibration Uy: y-axis vibration Uz: z-axis vibration V: gap portion Vx: x-axis detection voltage Vy: y-axis detection voltage Vz: z-axis detection voltage X: coordinate axis X ′ of the XYZ three-dimensional coordinate system (global coordinate system): axis obtained by rotating the X axis by 45 ° x: coordinate axis Δx (+) of xyz three-dimensional coordinate system (local coordinate system): x-axis positive displacement Y: XYZ three Coordinate axis Y ′ of the dimensional coordinate system (global coordinate system): axis obtained by rotating the Y axis by 45 ° y: coordinate axis Δy (+) of the three-dimensional coordinate system (local coordinate system): displacement Z in the positive direction of the y axis : XYZ three-dimensional coordinate system (global coordinate system) coordinate axis z: xyz three-dimensional coordinate system (local coordinate system) coordinate axis Δz (+): z-axis positive displacement

Claims (10)

xyz三次元座標系における所定の座標軸方向に作用した加速度を検出する慣性センサであって、
y軸に平行な第1の長手方向軸を中心軸としてy軸方向に伸び、可撓性を有する第1の板状橋梁部と、
前記第1の板状橋梁部に中間接続部を介して間接的に接続され、x軸に平行な第2の長手方向軸を中心軸としてx軸方向に伸び、可撓性を有する第2の板状橋梁部と、
前記第2の板状橋梁部に重錘接続部を介して間接的に接続された重錘体と、
前記第1の板状橋梁部、前記第2の板状橋梁部および前記重錘体を収容する装置筐体と、
前記第1の板状橋梁部の一端を前記装置筐体に固定する固定部と、
前記第1の板状橋梁部の所定箇所および前記第2の板状橋梁部の所定箇所に配置された動作用素子群と、
前記動作用素子群を用いて、作用した加速度を検出する検出回路と、
を備え、
前記固定部は、前記第1の板状橋梁部の根端部を前記装置筐体に固定し、前記第1の板状橋梁部の先端部は前記中間接続部を介して前記第2の板状橋梁部の根端部に間接的に接続され、前記第2の板状橋梁部の先端部は前記重錘接続部を介して前記重錘体の隅部に間接的に接続されており、前記第1の板状橋梁部と前記第2の板状橋梁部とによってL字状構造体が形成されており、前記重錘体は前記第2の板状橋梁部の脇に配置されており、
前記固定部の下面は前記装置筐体の底板の上面に固定されており、前記第1の板状橋梁部、前記第2の板状橋梁部および前記重錘体は、外力が作用しない状態において、前記装置筐体の底板の上方に浮いた宙吊り状態になっており、
前記装置筐体に外力が作用したときに、前記第1の板状橋梁部および前記第2の板状橋梁部の撓みにより前記重錘体が前記装置筐体内で変位するように構成され、
前記動作用素子群は、前記第1の板状橋梁部の根端部近傍に配置された第1の根端部側素子群と、前記第1の板状橋梁部の先端部近傍に配置された第1の先端部側素子群と、前記第2の板状橋梁部の根端部近傍に配置された第2の根端部側素子群と、前記第2の板状橋梁部の先端部近傍に配置された第2の先端部側素子群と、を有し、
前記第1の板状橋梁部の根端部近傍の表面に、第1の参照領域、第2の参照領域、第3の参照領域を、前記第1の板状橋梁部の先端部近傍の表面に、第4の参照領域、第5の参照領域、第6の参照領域を、前記第2の板状橋梁部の根端部近傍の表面に、第7の参照領域、第8の参照領域、第9の参照領域を、前記第2の板状橋梁部の先端部近傍の表面に、第10の参照領域、第11の参照領域、第12の参照領域を、それぞれ定義したときに、
前記第1の根端部側素子群は、前記第1の参照領域に配置された第1属性素子と前記第2の参照領域に配置された第2属性素子と前記第3の参照領域に配置された第3属性素子とを有し、前記第1の先端部側素子群は、前記第4の参照領域に配置された第4属性素子と前記第5の参照領域に配置された第5属性素子と前記第6の参照領域に配置された第6属性素子とを有し、
前記第2の根端部側素子群は、前記第7の参照領域に配置された第7属性素子と前記第8の参照領域に配置された第8属性素子と前記第9の参照領域に配置された第9属性素子とを有し、前記第2の先端部側素子群は、前記第10の参照領域に配置された第10属性素子と前記第11の参照領域に配置された第11属性素子と前記第12の参照領域に配置された第12属性素子とを有し、
前記第2の参照領域および前記第5の参照領域は、xy平面への正射影投影像が前記第1の長手方向軸の投影像上に位置するようにそれぞれ定義され、前記第8の参照領域および前記第11の参照領域は、xy平面への正射影投影像が前記第2の長手方向軸の投影像上に位置するようにそれぞれ定義され、
前記L字状構造体の屈曲構造を考慮して、前記第1の板状橋梁部および前記第2の板状橋梁部に内側と外側とを定義したときに、
前記第1の参照領域は、xy平面への正射影投影像が前記第2の参照領域の投影像の内側に隣接する位置に定義され、前記第3の参照領域は、xy平面への正射影投影像が前記第2の参照領域の投影像の外側に隣接する位置に定義され、
前記第4の参照領域は、xy平面への正射影投影像が前記第5の参照領域の投影像の内側に隣接する位置に定義され、前記第6の参照領域は、xy平面への正射影投影像が前記第5の参照領域の投影像の外側に隣接する位置に定義され、
前記第7の参照領域は、xy平面への正射影投影像が前記第8の参照領域の投影像の内側に隣接する位置に定義され、前記第9の参照領域は、xy平面への正射影投影像が前記第8の参照領域の投影像の外側に隣接する位置に定義され、
前記第10の参照領域は、xy平面への正射影投影像が前記第11の参照領域の投影像の内側に隣接する位置に定義され、前記第12の参照領域は、xy平面への正射影投影像が前記第11の参照領域の投影像の外側に隣接する位置に定義されており、
前記中間接続部が、前記第1の板状橋梁部の先端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部と前記第2の板状橋梁部の根端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部とを有し、
前記重錘接続部が、前記第2の板状橋梁部の先端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部を有し、
前記固定部が、x軸に平行な固定部用長手方向軸に沿って伸びる固定部用板状部材を有し、この固定部用板状部材の一端に前記第1の板状橋梁部の根端部が固定されており、かつ、前記固定部用板状部材の前記一端には、前記第1の板状橋梁部の根端部の側面よりも外側に突き出した庇構造部が設けられており、
前記固定部用板状部材、前記第1の板状橋梁部および前記第2の板状橋梁部によって構成される構造体が、xy平面上への投影像が「コ」の字状になるようなコの字状構造体をなし、このコの字状構造体によって囲まれた内部領域に板状の重錘体が配置されており、
前記動作用素子群を構成する個々の素子が、各配置位置における板状橋梁部の長手方向に作用した応力を電気的に検出する検出素子によって構成されており、
検出回路が、前記検出素子の検出結果に基づいて、所定の座標軸方向に作用した加速度を検出することを特徴とする慣性センサ。
An inertial sensor that detects acceleration acting in a predetermined coordinate axis direction in an xyz three-dimensional coordinate system,
a first plate-like bridge portion that extends in the y-axis direction with a first longitudinal axis parallel to the y-axis as a central axis and has flexibility;
A second plate which is connected to the first plate-like bridge portion indirectly via an intermediate connection portion , extends in the x-axis direction about a second longitudinal axis parallel to the x-axis, and has flexibility; A plate-like bridge,
A weight body indirectly connected to the second plate-like bridge portion via a weight connection portion ;
An apparatus housing for housing the first plate-like bridge portion, the second plate-like bridge portion, and the weight body;
A fixing portion for fixing one end of the first plate-like bridge portion to the device housing;
A group of operating elements disposed at a predetermined location of the first plate-like bridge portion and a predetermined location of the second plate-like bridge portion;
A detection circuit for detecting the applied acceleration using the operating element group;
With
The fixing portion fixes a root end portion of the first plate-like bridge portion to the apparatus housing, and a tip portion of the first plate-like bridge portion is connected to the second plate via the intermediate connection portion. Indirectly connected to the root end of the bridge-like bridge portion, the tip of the second plate-like bridge portion is indirectly connected to the corner of the weight body via the weight connection portion, An L-shaped structure is formed by the first plate-like bridge portion and the second plate-like bridge portion, and the weight body is disposed beside the second plate-like bridge portion. ,
The lower surface of the fixed portion is fixed to the upper surface of the bottom plate of the apparatus housing, and the first plate-shaped bridge portion, the second plate-shaped bridge portion, and the weight body are in a state where no external force acts. , Suspended in a suspended state above the bottom plate of the device housing,
When an external force acts on the device casing, the weight body is configured to be displaced in the device casing due to bending of the first plate-like bridge portion and the second plate-like bridge portion,
The operating element group is disposed in the vicinity of the first root end side element group disposed in the vicinity of the root end portion of the first plate-like bridge portion, and in the vicinity of the distal end portion of the first plate-like bridge portion. The first tip end side element group, the second root end side element group disposed in the vicinity of the root end portion of the second plate-like bridge portion, and the tip end portion of the second plate-like bridge portion A second tip portion side element group disposed in the vicinity,
A first reference region, a second reference region, and a third reference region are provided on the surface in the vicinity of the root end portion of the first plate-like bridge portion, and the surface in the vicinity of the tip portion of the first plate-like bridge portion. In addition, a fourth reference region, a fifth reference region, and a sixth reference region are arranged on the surface in the vicinity of the root end portion of the second plate-like bridge portion, a seventh reference region, an eighth reference region, When the ninth reference region is defined on the surface in the vicinity of the tip of the second plate-like bridge portion, the tenth reference region, the eleventh reference region, and the twelfth reference region, respectively,
The first root end side element group is disposed in the first attribute element disposed in the first reference region, the second attribute element disposed in the second reference region, and the third reference region. The first tip side element group includes a fourth attribute element disposed in the fourth reference region and a fifth attribute disposed in the fifth reference region. An element and a sixth attribute element disposed in the sixth reference region;
The second root end side element group is disposed in a seventh attribute element disposed in the seventh reference region, an eighth attribute element disposed in the eighth reference region, and the ninth reference region. And the second tip side element group includes a tenth attribute element arranged in the tenth reference region and an eleventh attribute arranged in the eleventh reference region. An element and a twelfth attribute element disposed in the twelfth reference region;
The second reference area and the fifth reference area are defined so that an orthogonal projection image onto the xy plane is positioned on the projection image of the first longitudinal axis, and the eighth reference area And the eleventh reference region is defined so that an orthogonal projection image onto the xy plane is positioned on the projection image of the second longitudinal axis,
In consideration of the bent structure of the L-shaped structure, when defining the inside and outside of the first plate-like bridge portion and the second plate-like bridge portion,
The first reference area is defined at a position where an orthogonal projection image onto the xy plane is adjacent to the inside of the projection image of the second reference area, and the third reference area is an orthogonal projection onto the xy plane. A projected image is defined at a position adjacent to the outside of the projected image of the second reference region;
The fourth reference area is defined at a position where an orthogonal projection image onto the xy plane is adjacent to the inside of the projection image of the fifth reference area, and the sixth reference area is an orthogonal projection onto the xy plane. A projection image is defined at a position adjacent to the outside of the projection image of the fifth reference region;
The seventh reference area is defined at a position where an orthogonal projection image onto the xy plane is adjacent to the inside of the projection image of the eighth reference area, and the ninth reference area is an orthogonal projection onto the xy plane. A projection image is defined at a position adjacent to the outside of the projection image of the eighth reference region;
The tenth reference area is defined at a position where an orthogonal projection image onto the xy plane is adjacent to the inside of the projection image of the eleventh reference area, and the twelfth reference area is an orthogonal projection onto the xy plane. A projected image is defined at a position adjacent to the outside of the projected image of the eleventh reference region ;
The intermediate connecting portion protrudes outward from the side surface of the tip portion of the first plate-like bridge portion and the flange protruding outward from the side surface of the root end portion of the second plate-like bridge portion. Having a structure part,
The weight connecting portion has a flange structure portion protruding outward from a side surface of a tip portion of the second plate-like bridge portion;
The fixing portion has a fixing portion plate-like member extending along a fixing portion longitudinal axis parallel to the x-axis, and one end of the fixing portion plate-like member has a root of the first plate-like bridge portion. An end is fixed, and the one end of the plate member for the fixed portion is provided with a eaves structure portion protruding outward from the side surface of the root end portion of the first plate-like bridge portion. And
The structure constituted by the plate member for fixing portion, the first plate-like bridge portion, and the second plate-like bridge portion is such that the projected image on the xy plane has a “U” shape. A plate-shaped weight body is arranged in an inner region surrounded by this U-shaped structure.
Each element constituting the operating element group is constituted by a detection element that electrically detects stress acting in the longitudinal direction of the plate-like bridge portion at each arrangement position,
An inertial sensor, wherein a detection circuit detects an acceleration acting in a predetermined coordinate axis direction based on a detection result of the detection element.
請求項1に記載の慣性センサにおいて、The inertial sensor according to claim 1,
固定部が、環状構造体によって構成されており、この環状構造体によって囲まれた内部領域に第1の板状橋梁部、第2の板状橋梁部および重錘体が配置されており、装置筐体に所定の大きさ以上の外力が作用したときに、前記内部領域に配置された部材が前記環状構造体の内面に接触することにより、当該部材の変位が所定範囲内に制御されるように構成されていることを特徴とする慣性センサ。  The fixing portion is constituted by an annular structure, and the first plate-like bridge portion, the second plate-like bridge portion and the weight body are arranged in an inner region surrounded by the annular structure, and the device When an external force of a predetermined magnitude or more is applied to the housing, the member disposed in the inner region comes into contact with the inner surface of the annular structure, so that the displacement of the member is controlled within a predetermined range. An inertial sensor characterized by comprising:
請求項2に記載の慣性センサにおける固定部と重錘体との役割を逆転させ、前記慣性センサにおいて固定部として機能していた環状構造体を重錘体として機能させ、前記慣性センサにおいて重錘体として機能していた板状体を固定部として機能させるために、前記板状体の下面を装置筐体の底板の上面に固定し、前記環状構造体が、外力が作用しない状態において、前記装置筐体の底板の上方に浮いた宙吊り状態になるようにしたことを特徴とする慣性センサ。The roles of the fixed portion and the weight body in the inertial sensor according to claim 2 are reversed, the annular structure functioning as the fixed portion in the inertial sensor is caused to function as the weight body, and the weight is reduced in the inertial sensor. In order for the plate-like body functioning as a body to function as a fixing portion, the lower surface of the plate-like body is fixed to the upper surface of the bottom plate of the apparatus housing, and the annular structure is in a state where no external force acts, An inertial sensor characterized by being suspended in a suspended state above the bottom plate of the apparatus housing. 請求項1〜3のいずれかに記載の慣性センサにおいて、In the inertial sensor according to any one of claims 1 to 3,
第1の板状橋梁部に配置された動作用素子群のxy平面への正射影投影像が第1の長手方向軸の投影像に関して線対称となるパターンを有し、第2の板状橋梁部に配置された動作用素子群のxy平面への正射影投影像が第2の長手方向軸の投影像に関して線対称となるパターンを有することを特徴とする慣性センサ。  The orthographic projection image on the xy plane of the operating element group arranged in the first plate-like bridge portion has a pattern that is line symmetric with respect to the projection image of the first longitudinal axis, and the second plate-like bridge An inertial sensor, wherein an orthographic projection image on an xy plane of an operating element group arranged in a section has a pattern that is line symmetric with respect to a projection image of a second longitudinal axis.
請求項1〜4のいずれかに記載の慣性センサにおいて、In the inertial sensor according to any one of claims 1 to 4,
動作用素子群を構成する個々の検出素子が、板状橋梁部の長手方向に沿って配置されたピエゾ抵抗素子によって構成されており、  Each detection element constituting the operating element group is constituted by a piezoresistive element arranged along the longitudinal direction of the plate-like bridge portion,
検出回路が、前記ピエゾ抵抗素子を用いたブリッジ回路の出力に基づいて、所定の座標軸方向に作用した加速度を検出することを特徴とする慣性センサ。  An inertial sensor, wherein a detection circuit detects an acceleration acting in a predetermined coordinate axis direction based on an output of a bridge circuit using the piezoresistive element.
請求項5に記載の慣性センサにおいて、The inertial sensor according to claim 5, wherein
検出回路が、第1属性素子と第6属性素子とを第1の対辺とし、第3属性素子と第4属性素子とを第2の対辺とするブリッジ回路によりx軸方向に作用した加速度αxを検出し、第7属性素子と第12属性素子とを第1の対辺とし、第9属性素子と第10属性素子とを第2の対辺とするブリッジ回路によりy軸方向に作用した加速度αyを検出し、第5属性素子と第11属性素子とを第1の対辺とし、第2属性素子と第8属性素子とを第2の対辺とするブリッジ回路によりz軸方向に作用した加速度αzを検出することを特徴とする慣性センサ。  The detection circuit uses the bridge circuit having the first attribute element and the sixth attribute element as the first opposite side, and the third attribute element and the fourth attribute element as the second opposite side, and an acceleration αx applied in the x-axis direction. Detecting acceleration αy acting in the y-axis direction by a bridge circuit having the seventh attribute element and the twelfth attribute element as the first opposite side and the ninth attribute element and the tenth attribute element as the second opposite side Then, the acceleration αz acting in the z-axis direction is detected by a bridge circuit in which the fifth attribute element and the eleventh attribute element are the first opposite sides and the second attribute element and the eighth attribute element are the second opposite sides. An inertial sensor characterized by that.
請求項5に記載の慣性センサにおいて、The inertial sensor according to claim 5, wherein
検出回路が、第9属性素子と第12属性素子とを第1の対辺とし、第7属性素子と第10属性素子とを第2の対辺とするブリッジ回路によりx軸方向に作用した加速度αxを検出し、第1属性素子と第4属性素子とを第1の対辺とし、第3属性素子と第6属性素子とを第2の対辺とするブリッジ回路によりy軸方向に作用した加速度αyを検出し、第4属性素子,第5属性素子,第6属性素子を直列接続してなる一辺と第10属性素子,第11属性素子,第12属性素子を直列接続してなる一辺とを第1の対辺とし、第1属性素子,第2属性素子,第3属性素子を直列接続してなる一辺と第7属性素子,第8属性素子,第9属性素子を直列接続してなる一辺とを第2の対辺とするブリッジ回路によりz軸方向に作用した加速度αzを検出することを特徴とする慣性センサ。  The detection circuit calculates an acceleration αx applied in the x-axis direction by a bridge circuit having the ninth attribute element and the twelfth attribute element as the first opposite side and the seventh attribute element and the tenth attribute element as the second opposite side. Detecting acceleration αy acting in the y-axis direction by a bridge circuit having the first attribute element and the fourth attribute element as the first opposite side and the third attribute element and the sixth attribute element as the second opposite side In addition, one side formed by connecting the fourth attribute element, the fifth attribute element, and the sixth attribute element in series with one side formed by connecting the tenth attribute element, the eleventh attribute element, and the twelfth attribute element in series. The second side is one side formed by connecting the first attribute element, the second attribute element, and the third attribute element in series and the one side formed by connecting the seventh attribute element, the eighth attribute element, and the ninth attribute element in series. The acceleration αz acting in the z-axis direction is detected by a bridge circuit opposite to the Inertial sensor according to claim.
請求項1〜4のいずれかに記載の慣性センサにおいて、In the inertial sensor according to any one of claims 1 to 4,
動作用素子群を構成する個々の検出素子が、板状橋梁部の長手方向に沿った伸縮応力に応じて正もしくは負の電荷を発生させる圧電素子によって構成されており、  Each detection element constituting the operation element group is constituted by a piezoelectric element that generates a positive or negative charge according to the stretching stress along the longitudinal direction of the plate-like bridge portion,
検出回路が、前記各圧電素子の発生電荷に関する加減算を行うことにより、所定の座標軸方向に作用した加速度を検出することを特徴とする慣性センサ。  An inertial sensor, wherein a detection circuit detects an acceleration acting in a predetermined coordinate axis direction by performing addition and subtraction on the generated charge of each piezoelectric element.
請求項8に記載の慣性センサにおいて、The inertial sensor according to claim 8.
検出回路が、第1属性素子の発生電荷と第6属性素子の発生電荷との和と、第3属性素子の発生電荷と第4属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいてx軸方向に作用した加速度αxを検出し、第7属性素子の発生電荷と第12属性素子の発生電荷との和と、第9属性素子の発生電荷と第10属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいてy軸方向に作用した加速度αyを検出し、第5属性素子の発生電荷と第11属性素子の発生電荷との和と、第2属性素子の発生電荷と第8属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいてz軸方向に作用した加速度αzを検出することを特徴とする慣性センサ。  The detection circuit determines x based on the difference between the sum of the charge generated by the first attribute element and the charge generated by the sixth attribute element and the sum of the charge generated by the third attribute element and the charge generated by the fourth attribute element. The acceleration αx acting in the axial direction is detected, and the sum of the generated charge of the seventh attribute element and the generated charge of the twelfth attribute element, and the sum of the generated charge of the ninth attribute element and the generated charge of the tenth attribute element, , The acceleration αy acting in the y-axis direction is detected based on the difference between and the sum of the charge generated by the fifth attribute element and the charge generated by the eleventh attribute element, the charge generated by the second attribute element, and the eighth attribute element. An inertial sensor that detects an acceleration αz acting in the z-axis direction based on a difference between the sum of the generated charge and the generated charge.
請求項8に記載の慣性センサにおいて、The inertial sensor according to claim 8.
検出回路が、第9属性素子の発生電荷と第12属性素子の発生電荷との和と、第7属性素子の発生電荷と第10属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいてx軸方向に作用した加速度αxを検出し、第1属性素子の発生電荷と第4属性素子の発生電荷との和と、第3属性素子の発生電荷と第6属性素子の発生電荷との和と、の差に基づいてy軸方向に作用した加速度αyを検出し、第4属性素子、第5属性素子、第6属性素子、第10属性素子、第11属性素子、第12属性素子の各発生電荷の総和と、第1属性素子、第2属性素子、第3属性素子、第7属性素子、第8属性素子、第9属性素子の各発生電荷の総和と、の差に基づいてz軸方向に作用した加速度αzを検出することを特徴とする慣性センサ。  The detection circuit determines x based on the difference between the sum of the generated charge of the ninth attribute element and the generated charge of the twelfth attribute element and the sum of the generated charge of the seventh attribute element and the generated charge of the tenth attribute element. The acceleration αx acting in the axial direction is detected, the sum of the charge generated by the first attribute element and the charge generated by the fourth attribute element, and the sum of the charge generated by the third attribute element and the charge generated by the sixth attribute element , The acceleration αy acting in the y-axis direction is detected based on the difference between and the fourth attribute element, the fifth attribute element, the sixth attribute element, the tenth attribute element, the eleventh attribute element, and the twelfth attribute element. Based on the difference between the sum of charges and the sum of generated charges of the first attribute element, the second attribute element, the third attribute element, the seventh attribute element, the eighth attribute element, and the ninth attribute element, in the z-axis direction An inertial sensor that detects an acceleration αz acting on the actuator.
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