JP7152752B2 - angular acceleration sensor - Google Patents

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Description

本発明は、角加速度センサに関するものである。 The present invention relates to angular acceleration sensors.

角加速度を検出する角加速度センサは、近年のMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術の進展によって小型化が進み、例えば、ロボットの運動制御、自動車のナビゲーションシステム、ゲーム機のモーションセンシング機能などの用途に急速に広がりつつある。 Angular acceleration sensors that detect angular acceleration have been miniaturized due to recent advances in MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology. It is spreading rapidly.

近年では、非特許文献1,2に示すように、円環中の流体を利用した角加速度センサが提案されている。角加速度センサは、流体の経路を横切るようにピエゾ抵抗型カンチレバーが設けられている。流体が経路を流れることにより、カンチレバーが流体により押されて変形する。カンチレバーは、変形量に応じて電気抵抗値が変化する。このような構造の角加速度センサは、加速度の影響や他軸感度が小さく、また高周波領域での検出が可能であるため注目されている。 In recent years, as shown in Non-Patent Documents 1 and 2, angular acceleration sensors using fluid in an annular ring have been proposed. The angular acceleration sensor has a piezoresistive cantilever that traverses the fluid path. As the fluid flows through the path, the cantilever is pushed and deformed by the fluid. The cantilever changes its electric resistance value according to the amount of deformation. Angular acceleration sensors with such a structure are attracting attention because they are less affected by acceleration and less sensitive to other axes, and are capable of detection in a high-frequency region.

C.Andreou, Y.Pahitas, and J.Georgiou, “Bio-Inspired Micro-Fluidic Angular-Rate Sensor for Vestibular Prostheses”, Sensors, vol.14, 13173-13185, 2014.C.Andreou, Y.Pahitas, and J.Georgiou, “Bio-Inspired Micro-Fluidic Angular-Rate Sensor for Vestibular Prostheses”, Sensors, vol.14, 13173-13185, 2014. S.Cheng, M.Fu, M.Wang, L.Ming, H.Fu, and T.Wang, “Dynamic Fluid in a Porous Transducer-Based Angular Accelerometer”, Sensors, vol.17, 416, 2017.S.Cheng, M.Fu, M.Wang, L.Ming, H.Fu, and T.Wang, “Dynamic Fluid in a Porous Transducer-Based Angular Accelerometer”, Sensors, vol.17, 416, 2017.

しかしながら、非特許文献1,2の角加速度センサは、小型化すると大きさの2乗に比例して感度が低下する。さらに、感度の低下に伴って他軸感度が相対的に増大する。 However, when the angular acceleration sensors of Non-Patent Documents 1 and 2 are miniaturized, the sensitivity decreases in proportion to the square of the size. Furthermore, the other axis sensitivity relatively increases as the sensitivity decreases.

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、小型化と高感度化とを実現できる角加速度センサを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an angular acceleration sensor capable of realizing a reduction in size and a high sensitivity.

本発明の角加速度センサは、所定の検出軸まわりの角加速度を検出する角加速度センサにおいて、管状に形成され、前記検出軸を周回して両端が接続したチャネル部と、前記チャネル部を横断して設けられたカンチレバー部と、前記チャネル部の内部に充填され、前記カンチレバー部により移動が制限された充填材とを備え、前記充填材の慣性力により変形する前記カンチレバー部の変形量に基づいて前記角加速度を検出する。 An angular acceleration sensor according to the present invention is an angular acceleration sensor for detecting angular acceleration about a predetermined detection axis. The angular acceleration sensor is formed in a tubular shape and extends around the detection axis and is connected at both ends. and a filling material that is filled in the inside of the channel part and whose movement is restricted by the cantilever part. Detecting the angular acceleration.

本発明の角加速度センサによれば、小型化と高感度化とを実現できる。 According to the angular acceleration sensor of the present invention, miniaturization and high sensitivity can be achieved.

第1実施形態の角加速度センサの概略図である。1 is a schematic diagram of an angular acceleration sensor of a first embodiment; FIG. 第1実施形態の角加速度センサの分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of an angular acceleration sensor according to a first embodiment; FIG. 検知部の平面図である。It is a top view of a detection part. 図3のA-A線に沿った検知部の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the detection unit taken along line AA of FIG. 3; 第1実施形態の角加速度センサの角加速度に対する応答結果を示すグラフである。4 is a graph showing response results to angular acceleration of the angular acceleration sensor of the first embodiment; 第1実施形態の角加速度センサの周波数応答と多軸感度を示すグラフである。4 is a graph showing frequency response and multiaxial sensitivity of the angular acceleration sensor of the first embodiment; 第2実施形態の角加速度センサの概略図である。It is a schematic diagram of an angular acceleration sensor of a second embodiment. 第2実施形態の角加速度センサの分解斜視図である。FIG. 8 is an exploded perspective view of an angular acceleration sensor according to a second embodiment; 第2実施形態の角加速度センサの側面図である。It is a side view of the angular acceleration sensor of 2nd Embodiment. ホイートストンブリッジ回路を説明する説明図である。It is an explanatory view explaining a Wheatstone bridge circuit. 第2実施形態の角加速度センサの作用を説明する説明図である。図11(a)は角加速度センサをz軸からみた図である。図11(b)は角加速度センサをx軸からみた図である。図11(c)は角加速度センサをy軸からみた図である。It is an explanatory view explaining an operation of an angular acceleration sensor of a 2nd embodiment. FIG. 11(a) is a diagram of the angular acceleration sensor viewed from the z-axis. FIG. 11(b) is a diagram of the angular acceleration sensor viewed from the x-axis. FIG. 11(c) is a diagram of the angular acceleration sensor viewed from the y-axis. 第2実施形態の角加速度センサの角加速度に対する応答結果を示すグラフである。9 is a graph showing response results to angular acceleration of the angular acceleration sensor of the second embodiment; 第2実施形態の角加速度センサの周波数応答と多軸感度を示すグラフである。9 is a graph showing frequency response and multiaxial sensitivity of the angular acceleration sensor of the second embodiment; チャネル部の変形例を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the modification of a channel part. チャネル部の別の変形例を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining another modification of a channel part.

[第1実施形態]
図1は、角加速度センサ10の概略図である。角加速度センサ10は、所定の検出軸まわりの角加速度を検出するために用いられる。以下の説明では、角加速度センサ10により角加速度を検出する検出軸を、互いに直交するx軸、y軸、およびz軸のうち、z軸とする。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram of an angular acceleration sensor 10. As shown in FIG. Angular acceleration sensor 10 is used to detect angular acceleration about a predetermined detection axis. In the following description, the detection axis for detecting angular acceleration by the angular acceleration sensor 10 is assumed to be the z-axis out of the mutually orthogonal x-axis, y-axis, and z-axis.

図1に示すように、角加速度センサ10は、パッケージ11と、センサ部12と、回路基板13とを備える。パッケージ11とセンサ部12と回路基板13とは、例えばねじを用いて一体化されている。 As shown in FIG. 1, the angular acceleration sensor 10 includes a package 11, a sensor section 12, and a circuit board 13. As shown in FIG. The package 11, the sensor section 12, and the circuit board 13 are integrated using screws, for example.

パッケージ11は、蓋板11aと支持板11bにより形成される。蓋板11aと支持板11bは平板である。蓋板11aと支持板11bの平面形状は、この例では、角を面取りした略矩形状とされている。蓋板11aと支持板11bは、例えば、金属や樹脂などにより形成される。 The package 11 is formed by a cover plate 11a and a support plate 11b. The cover plate 11a and the support plate 11b are flat plates. In this example, the planar shape of the cover plate 11a and the support plate 11b is substantially rectangular with chamfered corners. The cover plate 11a and the support plate 11b are made of metal, resin, or the like, for example.

センサ部12は、後述するカンチレバー部15(図2参照)によって、検出軸まわりの角加速度を検出する。センサ部12は、蓋板11aと支持板11bの間に配置されている。なお、以下の説明では、蓋板11a側を上側とし、支持板11b側を下側とする。センサ部12は、管状に形成され、検出軸を周回して両端が接続したチャネル部14を有する。詳しくは後述するが、本実施形態の場合、チャネル部14は、検出軸と直交する平面上で渦巻き状に巻回されている。 The sensor unit 12 detects angular acceleration around the detection axis by a cantilever unit 15 (see FIG. 2), which will be described later. The sensor section 12 is arranged between the cover plate 11a and the support plate 11b. In the following description, the lid plate 11a side is the upper side, and the support plate 11b side is the lower side. The sensor part 12 has a channel part 14 which is formed in a tubular shape, surrounds the detection axis and is connected at both ends. Although details will be described later, in the case of this embodiment, the channel portion 14 is spirally wound on a plane orthogonal to the detection axis.

回路基板13は、センサ部12の下側に配置されており、図示しないケーブルを介して、センサ部12と電気的に接続する。回路基板13は、センサ部12によって検出される角加速度に応じた検出信号を出力する検出回路を有する。検出回路として、例えば増幅回路やブリッジ回路などが設けられる。 The circuit board 13 is arranged below the sensor section 12 and electrically connected to the sensor section 12 via a cable (not shown). The circuit board 13 has a detection circuit that outputs a detection signal according to the angular acceleration detected by the sensor section 12 . As the detection circuit, for example, an amplifier circuit, a bridge circuit, or the like is provided.

図2を用いて角加速度センサ10の構成を詳細に説明する。角加速度センサ10は、チャネル部14と、カンチレバー部15を有する検知部16と、充填材17とを備える。 The configuration of the angular acceleration sensor 10 will be described in detail with reference to FIG. Angular acceleration sensor 10 includes channel portion 14 , sensing portion 16 having cantilever portion 15 , and filler 17 .

チャネル部14は、第1チャネル21と第2チャネル22とを有する。第1チャネル21と第2チャネル22とは、検出軸の軸方向において異なる位置に設けられている。この例では、第1チャネル21が上側に設けられ、第2チャネル22が下側に設けられている。 The channel portion 14 has a first channel 21 and a second channel 22 . The first channel 21 and the second channel 22 are provided at different positions in the axial direction of the detection axis. In this example, a first channel 21 is provided on the upper side and a second channel 22 is provided on the lower side.

第1チャネル21は、検出軸と直交する平面上で渦巻き状に巻回されている。第2チャネル22も、検出軸と直交する平面上で渦巻き状に巻回されている。第1チャネル21と第2チャネル22とは、巻回方向が互いに逆方向である。この例では、第1チャネル21の巻回方向は、内側端部から外側端部に向けて反時計回りである。したがって、第2チャネル22の巻回方向は、内側端部から外側端部に向けて時計回りである。第1チャネル21と第2チャネル22の巻き数は、チャネル部14の巻き数に対応する。 The first channel 21 is spirally wound on a plane orthogonal to the detection axis. The second channel 22 is also spirally wound on a plane orthogonal to the detection axis. The winding directions of the first channel 21 and the second channel 22 are opposite to each other. In this example, the winding direction of the first channel 21 is counterclockwise from the inner end to the outer end. Accordingly, the winding direction of the second channel 22 is clockwise from the inner end to the outer end. The number of turns of the first channel 21 and the second channel 22 corresponds to the number of turns of the channel portion 14 .

第1チャネル21は、例えば、Si基板の表面に、フォトリソグラフィとDRIE(Deep Reactive Ion Etching)により渦巻き状の溝を形成し、溝を覆うように上からガラス基板を貼り付けることにより形成される。第2チャネル22の形成方法については、渦巻き状の溝を第1チャネル21とは反対回りに形成すること以外は第1チャネル21と同様にして形成されるので、説明を省略する。 The first channel 21 is formed, for example, by forming a spiral groove on the surface of the Si substrate by photolithography and DRIE (Deep Reactive Ion Etching), and attaching a glass substrate from above so as to cover the groove. . The method of forming the second channel 22 is the same as that of the first channel 21 except that the spiral groove is formed in a direction opposite to that of the first channel 21, so the description thereof will be omitted.

第1チャネル21は、上部ハウジング23に設けられている。上部ハウジング23は、第1チャネル21の内側端部に対応する位置に設けられた内側貫通孔23aと、第1チャネル21の外側端部に対応する位置に設けられた外側貫通孔23bとを有する。 A first channel 21 is provided in the upper housing 23 . The upper housing 23 has an inner through hole 23a provided at a position corresponding to the inner end of the first channel 21 and an outer through hole 23b provided at a position corresponding to the outer end of the first channel 21. .

第2チャネル22は、下部ハウジング24に設けられている。下部ハウジング24は、第2チャネル22の内側端部に対応する位置に設けられた内側貫通孔24aと、第2チャネル22の外側端部に対応する位置に設けられた外側貫通孔24bとを有する。 A second channel 22 is provided in the lower housing 24 . The lower housing 24 has an inner through hole 24a provided at a position corresponding to the inner end of the second channel 22 and an outer through hole 24b provided at a position corresponding to the outer end of the second channel 22. .

第1チャネル21と第2チャネル22とは、内側貫通孔23aと内側貫通孔24aを介して内側端部同士が接続し、外側貫通孔23bと外側貫通孔24bを介して外側端部同士が接続している。これにより、第1チャネル21の内部と第2チャネル22の内部とが連通する。 The first channel 21 and the second channel 22 are connected at their inner ends via an inner through hole 23a and an inner through hole 24a, and are connected at their outer ends via an outer through hole 23b and an outer through hole 24b. is doing. Thereby, the inside of the first channel 21 and the inside of the second channel 22 communicate with each other.

検知部16は、上部ハウジング23と下部ハウジング24の間に配置されている。検知部16のカンチレバー部15は、外側貫通孔23bと外側貫通孔24bの間に配置される。これにより、カンチレバー部15は、チャネル部14を横断して設けられている。 The detector 16 is arranged between the upper housing 23 and the lower housing 24 . The cantilever portion 15 of the detection portion 16 is arranged between the outer through hole 23b and the outer through hole 24b. Thereby, the cantilever portion 15 is provided across the channel portion 14 .

図3および図4を用いて検知部16を説明する。図3は、検知部16の平面図である。図4は、図3のA-A線に沿った断面図である。検知部16は、開口26が形成された基板27に、開口26を閉塞するように設けられている(図4)。検知部16は、Si層31と、絶縁層32と、上部Si層33と、ピエゾ抵抗層34と、電極層35とにより形成される。上部Si層33とピエゾ抵抗層34とによりカンチレバー部15が形成される。なお、図3では基板27の図示を省略している。 The detection unit 16 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. FIG. 3 is a plan view of the detection unit 16. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 3. FIG. The detection unit 16 is provided on a substrate 27 having an opening 26 so as to close the opening 26 (FIG. 4). The detection section 16 is formed of a Si layer 31 , an insulating layer 32 , an upper Si layer 33 , a piezoresistive layer 34 and an electrode layer 35 . A cantilever portion 15 is formed by the upper Si layer 33 and the piezoresistive layer 34 . It should be noted that illustration of the substrate 27 is omitted in FIG.

検知部16は、厚さ方向に貫通する隙間37を有する。検知部16の厚さ方向は、Si層31、絶縁層32、上部Si層33、ピエゾ抵抗層34、および電極層35の積層方向に沿った方向である。隙間37は、カンチレバー部15の一側と他側とを接続する。 The detection part 16 has a gap 37 penetrating in the thickness direction. The thickness direction of the detection section 16 is along the stacking direction of the Si layer 31 , the insulating layer 32 , the upper Si layer 33 , the piezoresistive layer 34 and the electrode layer 35 . The gap 37 connects one side and the other side of the cantilever portion 15 .

隙間37は、後述する充填材17の流通が抑制される大きさ(幅)に形成される。隙間37の幅は、充填材17の分子の平均自由行程の約100倍以下であることが好ましい。隙間37の幅が充填材17の分子の平均自由行程の100倍より大きいと、隙間37において充填材17の漏れが生じ感度が低下するからである。 The gap 37 is formed to have a size (width) that restricts the flow of the filler 17, which will be described later. The width of gap 37 is preferably about 100 times or less the mean free path of the molecules of filler 17 . This is because if the width of the gap 37 is larger than 100 times the mean free path of the molecules of the filler 17, leakage of the filler 17 occurs in the gap 37 and the sensitivity is lowered.

隙間37は、カンチレバー部15の外縁に形成されている(図3)。上部Si層33とピエゾ抵抗層34とが隙間37で画定されることにより、カンチレバー部15が形成される。 A gap 37 is formed at the outer edge of the cantilever portion 15 (FIG. 3). The cantilever portion 15 is formed by defining the upper Si layer 33 and the piezoresistive layer 34 with a gap 37 .

カンチレバー部15は、平板状の受圧部38と、受圧部38の一側面に一体に形成されたヒンジ部39とを有し、ヒンジ部39が固定端とされ、受圧部38が自由端とされている。カンチレバー部15は、一側に生じる圧力と他側に生じる圧力との圧力差によって、ヒンジ部39を中心に弾性変形する。 The cantilever portion 15 has a flat pressure receiving portion 38 and a hinge portion 39 integrally formed on one side surface of the pressure receiving portion 38. The hinge portion 39 is a fixed end and the pressure receiving portion 38 is a free end. ing. The cantilever portion 15 is elastically deformed around the hinge portion 39 due to the pressure difference between the pressure generated on one side and the pressure generated on the other side.

充填材17は、第1チャネル21の内部と第2チャネル22の内部、すなわちチャネル部14の内部に充填されている(図2参照)。充填材17は、チャネル部14を横断するカンチレバー部15により移動が制限されている。充填材17としては、流体またはゲルが用いられる。流体は、液体または気体である。液体としては、例えば、水、シリコンオイル、イオン液体などが用いられる。気体としては、例えば、二酸化炭素、キセノンなどが用いられる。ゲルとしては、例えば、コラーゲン、アガロースゲルなどが用いられる。 The filling material 17 fills the inside of the first channel 21 and the inside of the second channel 22, that is, the inside of the channel portion 14 (see FIG. 2). Filler 17 is restricted in movement by cantilevered portion 15 across channel portion 14 . A fluid or gel is used as the filler 17 . A fluid is a liquid or a gas. As the liquid, for example, water, silicon oil, ionic liquid, etc. are used. As the gas, for example, carbon dioxide, xenon, or the like is used. Examples of gels that can be used include collagen and agarose gels.

上記のように構成された角加速度センサ10は、図1に示す矢印方向に回転すると、チャネル部14の内部に充填された充填材17がカンチレバー部15によって押される。これによって、充填材17は、チャネル部14と一体的に回転する。カンチレバー部15には、充填材17をチャネル部14と一体的に回転させるために必要な力、すなわち充填材17の慣性力が作用する。このとき、カンチレバー部15に生じる圧力ΔPは、以下の数式(1)によって表される。 When the angular acceleration sensor 10 configured as described above rotates in the direction of the arrow shown in FIG. As a result, the filling material 17 rotates together with the channel portion 14 . A force required to rotate the filling material 17 integrally with the channel part 14 , that is, the inertial force of the filling material 17 acts on the cantilever portion 15 . At this time, the pressure ΔP generated in the cantilever portion 15 is represented by the following formula (1).

Figure 0007152752000001
Figure 0007152752000001

ρは、充填材17の密度である。αは、検出軸としてのz軸まわりの角加速度である。rは、チャネル部14の所定位置における半径である。rは、以下の数式(2)によって表される。
r=r(1-θ/θ) ・・・(2)
ρ is the density of the filler 17; α z is the angular acceleration around the z-axis as the detection axis. r is the radius of the channel portion 14 at a given position. r is represented by the following formula (2).
r=r 0 (1−θ/θ 0 ) (2)

は、チャネル部14の外側端部における半径である。θは、チャネル部14の所定位置における角度である。θは、チャネル部14の巻き数を決定する角度である。θは、0<θ<θ-πの範囲内である。θは、検出軸と直交する平面上において、チャネル部14の内側端部と外側端部とを結ぶ直線と、チャネル部14の内側端部と所定位置における点とを結ぶ直線とのなす角として表される。θは、例えば、チャネル部14の巻き数が1の場合は2πとされ、チャネル部14の巻き数が25の場合は50πとされる。 r 0 is the radius at the outer end of the channel portion 14; θ is an angle at a predetermined position of the channel portion 14 . θ 0 is the angle that determines the number of turns of channel portion 14 . θ is in the range of 0<θ<θ 0 −π. θ is the angle formed by a straight line connecting the inner end and the outer end of the channel portion 14 and a straight line connecting the inner end of the channel portion 14 and a point at a predetermined position on a plane orthogonal to the detection axis. expressed. For example, θ 0 is 2π when the number of turns of the channel portion 14 is 1, and is 50π when the number of turns of the channel portion 14 is 25.

カンチレバー部15は、作用する圧力ΔPによってヒンジ部39を中心として弾性変形する。そうすると、カンチレバー部15は、変形量に応じて電気抵抗値が変化する。角加速度センサ10は、カンチレバー部15の抵抗変化率を測定することにより圧力ΔPを計測し、これにより角加速度αを測定することができる。 The cantilever portion 15 is elastically deformed around the hinge portion 39 by the applied pressure ΔP. Then, the electric resistance value of the cantilever portion 15 changes according to the amount of deformation. The angular acceleration sensor 10 can measure the pressure ΔP by measuring the resistance change rate of the cantilever portion 15, thereby measuring the angular acceleration α.

角加速度センサ10は、チャネル部14の巻き数に比例して充填材17の慣性力が増大するので、小型化と高感度化とを実現できる。 Since the inertial force of the filler 17 increases in proportion to the number of turns of the channel portion 14, the angular acceleration sensor 10 can be made compact and highly sensitive.

実際に、長さ80μm、幅80μm、厚さ0.15μmのカンチレバー部15を有する角加速度センサ10を製造し、検出軸まわりの角加速度に対する応答を計測した。隙間37の幅は、1μmとした。チャネル部14は、管路の幅が400μm、管路の高さが500μmであり、第1チャネル21と第2チャネル22のそれぞれの巻き数が24である。充填材17として、空気(ρ=1.0kg/m)を用いた。 An angular acceleration sensor 10 having a cantilever portion 15 with a length of 80 μm, a width of 80 μm, and a thickness of 0.15 μm was actually manufactured, and the response to angular acceleration around the detection axis was measured. The width of the gap 37 was set to 1 μm. The channel portion 14 has a conduit width of 400 μm and a conduit height of 500 μm, and each of the first channel 21 and the second channel 22 has 24 turns. Air (ρ=1.0 kg/m 3 ) was used as the filler 17 .

角加速度センサ10を図示しない回転テーブルの上に固定し、振幅π/2[rad/s]、1[Hz]で正弦波駆動したときの角加速度に対する応答結果を図5に示す。図5は、縦軸が抵抗変化率ΔR/R、横軸が角加速度αである。図5より、角加速度センサ10は、角加速度に対して線形に応答していることが確認できる。 FIG. 5 shows the response to angular acceleration when the angular acceleration sensor 10 is fixed on a rotary table (not shown) and driven by a sine wave with an amplitude of π/2 [rad/s] and 1 [Hz]. In FIG. 5, the vertical axis is the resistance change rate ΔR/R, and the horizontal axis is the angular acceleration α. From FIG. 5, it can be confirmed that the angular acceleration sensor 10 linearly responds to the angular acceleration.

角加速度センサ10の回転運動の周波数応答を計測した結果を図6に示す。図6は、縦軸が角加速度感度、横軸が周波数である。図6において、点線はz軸まわりの角加速度αの感度を示し、一点鎖線はx軸まわりの角加速度αの感度を示し、実線はy軸まわりの角加速度αの感度を示す。図6より、角加速度センサ10は、z軸まわりの角加速度に対し、1Hzから100Hzにかけて一定の感度で応答していることが確認できる。さらに、角加速度センサ10を、回転テーブルに対し90°傾けて配置し、x軸まわりの角加速度感度と、y軸まわりの角加速度感度との評価を行った。図6より、x軸まわりの角加速度感度とy軸まわりの角加速度感度とは、z軸まわりの角加速度感度に対して、1/100程度となることが確認できた。 FIG. 6 shows the result of measuring the frequency response of the rotational motion of the angular acceleration sensor 10 . In FIG. 6, the vertical axis is angular acceleration sensitivity and the horizontal axis is frequency. In FIG. 6, the dotted line indicates the sensitivity to angular acceleration α z about the z-axis, the dashed line indicates the sensitivity to angular acceleration α x about the x-axis, and the solid line indicates the sensitivity to angular acceleration α y about the y-axis. It can be confirmed from FIG. 6 that the angular acceleration sensor 10 responds to the angular acceleration about the z-axis with a constant sensitivity from 1 Hz to 100 Hz. Further, the angular acceleration sensor 10 was placed at an angle of 90° with respect to the rotary table, and the angular acceleration sensitivity about the x-axis and the angular acceleration sensitivity about the y-axis were evaluated. From FIG. 6, it has been confirmed that the angular acceleration sensitivity about the x-axis and the angular acceleration sensitivity about the y-axis are about 1/100 of the angular acceleration sensitivity about the z-axis.

[第2実施形態]
図7に示す角加速度センサ40は、チャネル部42の構成が上記第1実施形態と異なる。チャネル部42は第3チャネル43と第4チャネル44とを有する。本図では、第3チャネル43が上側に設けられており、第4チャネル44が下側に設けられている。以下の説明では、上記第1実施形態と同様の構成については説明を省略する。
[Second embodiment]
An angular acceleration sensor 40 shown in FIG. 7 differs from that of the first embodiment in the configuration of a channel portion 42 . Channel portion 42 has a third channel 43 and a fourth channel 44 . In this figure, the third channel 43 is provided on the upper side and the fourth channel 44 is provided on the lower side. In the following description, description of the same configuration as that of the first embodiment is omitted.

図8に示すように、第3チャネル43は、上部ハウジング46と下部ハウジング47とにより形成されている。上部ハウジング46と下部ハウジング47は、例えばアルミニウムにより形成される。上部ハウジング46は、半円形状の溝49と、溝49の一端に設けられた貫通穴50と、溝49の他端に設けられた貫通穴51と、溝49を塞ぐ蓋部材52とを有する。溝49は、上部ハウジング46の上面に形成されている。下部ハウジング47は、半円形状の溝53と、溝53の一端に設けられた貫通穴54と、溝53の他端に設けられた貫通穴55と、溝53を塞ぐ蓋部材56とを有する。蓋部材56は、例えばガラスにより形成される。溝53は、下部ハウジング47の下面に形成されている。貫通穴50と貫通穴54とが接続し、貫通穴51と貫通穴55とが接続する。第3チャネル43は、上部の溝49と下部の溝53とが接続することにより、検出軸の軸方向に沿って螺旋状に巻回された構造を有する。本図では、第3チャネル43の巻き数を1としてある。貫通穴50と貫通穴54との間にはカンチレバー部58を有する検知部59が配置されている。カンチレバー部58は、カンチレバー部15と同様の構成を有する。検知部59は、検知部16と同様の構成を有する。 As shown in FIG. 8, third channel 43 is formed by upper housing 46 and lower housing 47 . The upper housing 46 and the lower housing 47 are made of aluminum, for example. The upper housing 46 has a semicircular groove 49, a through hole 50 provided at one end of the groove 49, a through hole 51 provided at the other end of the groove 49, and a lid member 52 closing the groove 49. . A groove 49 is formed in the upper surface of the upper housing 46 . The lower housing 47 has a semicircular groove 53 , a through hole 54 provided at one end of the groove 53 , a through hole 55 provided at the other end of the groove 53 , and a lid member 56 closing the groove 53 . . The lid member 56 is made of glass, for example. A groove 53 is formed in the lower surface of the lower housing 47 . The through holes 50 and 54 are connected, and the through holes 51 and 55 are connected. The third channel 43 has a helically wound structure along the axial direction of the detection axis by connecting the upper groove 49 and the lower groove 53 . In this figure, the number of turns of the third channel 43 is one. A detection portion 59 having a cantilever portion 58 is arranged between the through hole 50 and the through hole 54 . The cantilever portion 58 has a configuration similar to that of the cantilever portion 15 . The detector 59 has the same configuration as the detector 16 .

第4チャネル44は、上部ハウジング60と下部ハウジング61とにより形成されている。上部ハウジング60と下部ハウジング61は、例えばアルミニウムにより形成される。上部ハウジング60は、半円形状の溝62と、溝62の一端に設けられた貫通穴63と、溝62の他端に設けられた貫通穴64と、溝62を塞ぐ蓋部材65とを有する。溝62は、上部ハウジング60の上面に形成されている。下部ハウジング61は、半円形状の溝66と、溝66の一端に設けられた貫通穴67と、溝66の他端に設けられた貫通穴68と、溝66を塞ぐ蓋部材69とを有する。蓋部材69は、例えばガラスにより形成される。溝66は、下部ハウジング61の下面に形成されている。貫通穴63と貫通穴67とが接続し、貫通穴64と貫通穴68とが接続する。これにより、第4チャネル44は、上部の溝62と下部の溝66とが接続することにより、検出軸の軸方向に沿って螺旋状に巻回された構造を有する。本図では、第4チャネル44の巻き数を1としてある。貫通穴63と貫通穴67との間にはカンチレバー部70を有する検知部71が配置されている。カンチレバー部70は、カンチレバー部15と同様の構成を有する。検知部71は、検知部16と同様の構成を有する。 Fourth channel 44 is formed by upper housing 60 and lower housing 61 . The upper housing 60 and the lower housing 61 are made of aluminum, for example. The upper housing 60 has a semicircular groove 62, a through hole 63 provided at one end of the groove 62, a through hole 64 provided at the other end of the groove 62, and a lid member 65 closing the groove 62. . A groove 62 is formed in the upper surface of the upper housing 60 . The lower housing 61 has a semicircular groove 66, a through hole 67 provided at one end of the groove 66, a through hole 68 provided at the other end of the groove 66, and a lid member 69 closing the groove 66. . The lid member 69 is made of glass, for example. A groove 66 is formed in the lower surface of the lower housing 61 . The through holes 63 and 67 are connected, and the through holes 64 and 68 are connected. Thus, the fourth channel 44 has a spirally wound structure along the axial direction of the detection axis by connecting the upper groove 62 and the lower groove 66 . In this figure, the fourth channel 44 has one turn. A detection portion 71 having a cantilever portion 70 is arranged between the through hole 63 and the through hole 67 . The cantilever portion 70 has a configuration similar to that of the cantilever portion 15 . The detection unit 71 has a configuration similar to that of the detection unit 16 .

図9に示すように、第3チャネル43の溝49は、第4チャネル44の溝66の上側に配置されている。第3チャネル43の溝53は、第4チャネル44の溝62の上側に配置されている。すなわち、チャネル部42は、検出軸の軸方向において異なる位置に設けられており、検出軸と直交する平面Pに対して面対称である第3チャネル43と第4チャネル44とを有する。チャネル部42の巻き数は、第3チャネル43と第4チャネル44の巻き数に対応する。図9は、角加速度センサ40の一部の側面図であり、x軸方向において、角加速度センサ40をカンチレバー部58,70が設けられた面側(図8参照)からみた図である。 As shown in FIG. 9, groove 49 of third channel 43 is positioned above groove 66 of fourth channel 44 . The groove 53 of the third channel 43 is arranged above the groove 62 of the fourth channel 44 . That is, the channel part 42 has a third channel 43 and a fourth channel 44 which are provided at different positions in the axial direction of the detection axis and which are symmetrical with respect to the plane P orthogonal to the detection axis. The number of turns of channel portion 42 corresponds to the number of turns of third channel 43 and fourth channel 44 . FIG. 9 is a side view of a portion of the angular acceleration sensor 40, and is a view of the angular acceleration sensor 40 viewed from the surface side (see FIG. 8) on which the cantilever portions 58 and 70 are provided in the x-axis direction.

第2実施形態では、回路基板13は、図10に示すホイートストンブリッジ回路72を有する。ホイートストンブリッジ回路72により、第3チャネル43に設けられたカンチレバー部58の電気抵抗値と、第4チャネル44に設けられたカンチレバー部70の電気抵抗値との差分値が、検出信号として出力される。 In the second embodiment, the circuit board 13 has a Wheatstone bridge circuit 72 shown in FIG. The Wheatstone bridge circuit 72 outputs the difference value between the electrical resistance value of the cantilever portion 58 provided in the third channel 43 and the electrical resistance value of the cantilever portion 70 provided in the fourth channel 44 as a detection signal. .

図11を用いて、角加速度センサ40の作用を説明する。図11(a)は、z軸方向において、角加速度センサ40を上側からみた図である。図11(b)は、x軸方向において、角加速度センサ40をカンチレバー部58,70が設けられた面側(図8参照)からみた図である。図11(c)は、y軸方向において、角加速度センサ40を溝53,62が設けられた面側からみた図である。図11において、αはz軸まわりの角加速度を示し、αはx軸まわりの角加速度を示し、αはy軸まわりの角加速度を示す。なお、図11では、第3チャネル43の部分のみを示し、第4チャネル44の部分は図示を省略している。 The action of the angular acceleration sensor 40 will be described with reference to FIG. FIG. 11A is a diagram of the angular acceleration sensor 40 viewed from above in the z-axis direction. FIG. 11(b) is a view of the angular acceleration sensor 40 as seen from the surface side (see FIG. 8) on which the cantilever portions 58 and 70 are provided in the x-axis direction. FIG. 11(c) is a view of the angular acceleration sensor 40 as seen from the side on which the grooves 53 and 62 are provided in the y-axis direction. In FIG. 11, α z indicates the angular acceleration about the z-axis, α x indicates the angular acceleration about the x-axis, and α y indicates the angular acceleration about the y-axis. 11, only the portion of the third channel 43 is shown, and the portion of the fourth channel 44 is omitted.

角加速度センサ40は、図11(a)に示す矢印方向、すなわちz軸まわりに回転すると、チャネル部42の内部に充填された充填材17の慣性力によって、カンチレバー部58,70のそれぞれに圧力ΔPが生じる。カンチレバー部58,70に生じる圧力ΔPは、以下の数式(3)によって表される。rは、図11(a)に示すリング構造、すなわちチャネル部42の半径である。
ΔP=2π・ρ・r・α ・・・(3)
When the angular acceleration sensor 40 rotates in the arrow direction shown in FIG. ΔP is generated. A pressure ΔP generated in the cantilever portions 58 and 70 is represented by the following formula (3). r is the radius of the ring structure, ie, the channel portion 42 shown in FIG. 11(a).
ΔP=2π・ρ・r 2αz (3)

カンチレバー部58は上側へ向けて弾性変形し、カンチレバー部70は下側へ向けて弾性変形するので、ホイートストンブリッジ回路72により出力される検出信号は倍増する。すなわち、角加速度センサ40は、z軸まわりの角加速度感度が倍増する。 Since the cantilever portion 58 is elastically deformed upward and the cantilever portion 70 is elastically deformed downward, the detection signal output from the Wheatstone bridge circuit 72 is doubled. That is, the angular acceleration sensor 40 has doubled angular acceleration sensitivity about the z-axis.

角加速度センサ40は、図11(b)に示す矢印方向、すなわちx軸まわりに回転する場合、カンチレバー部58,70は弾性変形しないので、検出信号は出力されない。これは、x軸まわりに回転した際に、充填材17に慣性力を発生させるリング構造が存在しないからである。したがって、角加速度センサ40は、x軸まわりの角加速度感度をほぼ有しない。 When the angular acceleration sensor 40 rotates in the direction of the arrow shown in FIG. 11B, that is, around the x-axis, the cantilever portions 58 and 70 do not elastically deform, so no detection signal is output. This is because there is no ring structure that generates an inertial force in the filler 17 when it rotates around the x-axis. Therefore, the angular acceleration sensor 40 has almost no angular acceleration sensitivity around the x-axis.

一方、角加速度センサ40は、図11(c)に示す矢印方向、すなわちy軸まわりに回転する場合、充填材17に慣性力を発生させるリング構造が存在するので、カンチレバー部58,70は弾性変形する。カンチレバー部58,70に生じる圧力ΔPは、数式(3)に基づき計算することができる。この場合のrは、図11(c)に示すリング構造の半径とされる。このため、充填材17に発生する慣性力は、z軸まわりに回転する場合と比較して小さい。さらに、カンチレバー部58,70は同じ方向に弾性変形する。この結果、ホイートストンブリッジ回路72によりカンチレバー部58,70の各出力がキャンセルされる。したがって、角加速度センサ40は、y軸まわりの角加速度感度をほぼ有しない。 On the other hand, when the angular acceleration sensor 40 rotates in the direction of the arrow shown in FIG. transform. The pressure ΔP generated in the cantilever portions 58, 70 can be calculated based on Equation (3). In this case, r is the radius of the ring structure shown in FIG. 11(c). Therefore, the inertial force generated in the filler 17 is smaller than that in the case of rotation about the z-axis. Furthermore, the cantilever portions 58 and 70 elastically deform in the same direction. As a result, the outputs of the cantilever portions 58 and 70 are canceled by the Wheatstone bridge circuit 72 . Therefore, the angular acceleration sensor 40 has almost no angular acceleration sensitivity around the y-axis.

角加速度センサ40は、チャネル部42の巻き数に比例して充填材17の慣性力が増大するので、角加速度センサ10と同様に、小型化と高感度化とを実現できる。さらに、角加速度センサ40は、検出軸の出力が倍増し、他の軸の出力がキャンセルされるので、より高感度化が図れる。 Since the inertial force of the filler 17 increases in proportion to the number of turns of the channel portion 42, the angular acceleration sensor 40 can achieve miniaturization and high sensitivity in the same manner as the angular acceleration sensor 10. FIG. Further, the angular acceleration sensor 40 doubles the output of the detection axis and cancels the output of the other axes, so that the sensitivity can be further improved.

実際に、チャネル部42の半径が17.5mmである角加速度センサ40を製造し、検出軸まわりの角加速度に対する応答を計測した。チャネル部42は、管路の幅が2mm、管路の高さが2mmである。充填材17として純水(ρ=1000kg/m)を用いた。カンチレバー部58,70は、長さ100μm、幅80μm、厚さ0.3μmである。カンチレバー部58,70の隙間37は、1μmとした。 Actually, the angular acceleration sensor 40 having the radius of the channel portion 42 of 17.5 mm was manufactured, and the response to the angular acceleration around the detection axis was measured. The channel portion 42 has a width of 2 mm and a height of 2 mm. Pure water (ρ=1000 kg/m 3 ) was used as the filler 17 . The cantilever portions 58 and 70 are 100 μm long, 80 μm wide and 0.3 μm thick. A gap 37 between the cantilever portions 58 and 70 was set to 1 μm.

角加速度センサ40を図示しない回転テーブルの上に固定し、振幅π/2[rad/s]、1[Hz]で正弦波駆動したときの角加速度に対する応答結果を図12に示す。図12は、縦軸が抵抗変化率ΔR/R、横軸が角加速度αである。図12より、角加速度センサ40は、角加速度に対して線形に応答していることが確認できる。 FIG. 12 shows the response to angular acceleration when the angular acceleration sensor 40 is fixed on a turntable (not shown) and driven by a sine wave with an amplitude of π/2 [rad/s] and 1 [Hz]. In FIG. 12, the vertical axis is the resistance change rate ΔR/R, and the horizontal axis is the angular acceleration α. From FIG. 12, it can be confirmed that the angular acceleration sensor 40 linearly responds to the angular acceleration.

角加速度センサ40の回転運動の周波数応答を計測した結果を図13に示す。図13は、縦軸が角加速度感度、横軸が周波数である。図13において、点線はz軸まわりの角加速度αの感度を示し、実線はy軸まわりの角加速度αの感度を示す。なお、x軸まわりの角加速度感度は図示していない。図13より、角加速度センサ40は、z軸まわりの角加速度に対し、0.1Hzから100Hzにかけて一定の感度で応答していることが確認できる。さらに、角加速度センサ40を、回転テーブルに対し90°傾けて配置し、y軸まわりの角加速度感度の評価を行った。図13より、y軸まわりの角加速度感度は、z軸まわりの角加速度感度に対して、1/100程度となることが確認できた。 FIG. 13 shows the result of measuring the frequency response of the rotational motion of the angular acceleration sensor 40 . In FIG. 13, the vertical axis is angular acceleration sensitivity and the horizontal axis is frequency. In FIG. 13, the dotted line indicates the sensitivity to angular acceleration α z about the z-axis, and the solid line indicates the sensitivity to angular acceleration α y about the y-axis. Angular acceleration sensitivity about the x-axis is not shown. From FIG. 13, it can be confirmed that the angular acceleration sensor 40 responds with constant sensitivity from 0.1 Hz to 100 Hz to the angular acceleration around the z-axis. Furthermore, the angular acceleration sensor 40 was placed at an angle of 90° with respect to the rotary table, and the angular acceleration sensitivity around the y-axis was evaluated. From FIG. 13, it was confirmed that the angular acceleration sensitivity around the y-axis is about 1/100 of the angular acceleration sensitivity around the z-axis.

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiments, and can be appropriately modified within the scope of the present invention.

例えば、チャネル部14の構成とチャネル部42の構成を組み合わせてもよい。例えば、第1実施形態の角加速度センサ10において、チャネル部14の他、検出軸の軸方向において異なる位置に設けられており、検出軸と直交する平面に対して面対称であるチャネル部とを設けてもよい。 For example, the configuration of channel portion 14 and the configuration of channel portion 42 may be combined. For example, in the angular acceleration sensor 10 of the first embodiment, in addition to the channel portion 14, the channel portion is provided at a different position in the axial direction of the detection axis and is symmetrical with respect to the plane orthogonal to the detection axis. may be provided.

第1実施形態の角加速度センサ10において、第1チャネル21と第2チャネル22のセットを2以上設けてもよい。 Two or more sets of the first channel 21 and the second channel 22 may be provided in the angular acceleration sensor 10 of the first embodiment.

以下、チャネル部の変形例を説明する。チャネル部は、環状に形成された環状体と、この環状体の外周面に螺旋状に設けられた第5チャネルとにより構成してもよい。環状体は、例えば、中心曲線が半径Rの円(大円)であり、周方向に直交する断面形状が半径rの円(小円)であるトーラス形状とされる。第5チャネルは、環状体に沿って螺旋状に巻回しながら検出軸を周回している。すなわち、第5チャネルは、検出軸を周回する巻回軸を中心として螺旋状に巻回されている。第5チャネルは、両端が接続して閉曲線をなしている。 Modifications of the channel portion will be described below. The channel part may be composed of an annular body and a fifth channel spirally provided on the outer peripheral surface of the annular body. The annular body is, for example, a torus shape whose central curve is a circle (large circle) with a radius R and whose cross-sectional shape perpendicular to the circumferential direction is a circle (small circle) with a radius r. The fifth channel circulates around the detection axis while spirally winding along the annular body. That is, the fifth channel is helically wound around the winding axis that goes around the detection axis. The fifth channel is connected at both ends to form a closed curve.

第5チャネルの形状は、第5チャネル上の所定位置における点の位置ベクトルcを表す以下の数式(4)によって表される。 The shape of the fifth channel is represented by the following equation (4) representing the position vector c of a point at a given position on the fifth channel.

Figure 0007152752000002
Figure 0007152752000002

Rは、環状体の大円の半径である。rは、環状体の小円の半径である。mは、第5チャネルが螺旋状に巻回する巻回数である。nは、第5チャネルが検出軸を周回する周回数であり、チャネル部の巻き数に対応する。mとnとは互いに素である。パラメータθは、0≦θ≦2πの範囲内である。 R is the radius of the great circle of the toroid. r is the radius of the small circle of the toroid. m is the number of turns the fifth channel spirally winds. n is the number of revolutions of the fifth channel around the detection axis and corresponds to the number of turns of the channel section. m and n are relatively prime. The parameter θ is in the range 0≦θ≦2π.

チャネル部は、環状体に第5チャネルが設けられた構成を有するものに限られず、数式(4)により表される第5チャネルを有するものであればよい。すなわち、チャネル部は、環状体を有さずに、数式(4)により表される第5チャネルのみを有するものでもよい。環状体を有さない場合は、第5チャネルの内部にトーラス状の空間が形成される。数式(4)において、トーラス状の空間の大円の半径がRとされ、トーラス状の空間の小円の半径がrとされる。 The channel portion is not limited to having a configuration in which the fifth channel is provided in the annular body, and may have the fifth channel represented by Equation (4). That is, the channel part may have only the fifth channel represented by Equation (4) without having the annular body. If there is no annular body, a torus-shaped space is formed inside the fifth channel. In formula (4), the radius of the large circle in the torus-shaped space is R, and the radius of the small circle in the torus-shaped space is r.

以下、図14と図15を用いて、環状体に第5チャネルが設けられた構成を有するチャネル部の具体例を説明する。 A specific example of a channel portion having a configuration in which a fifth channel is provided in an annular body will be described below with reference to FIGS. 14 and 15. FIG.

図14は、数式(4)においてr=0.1R、n=3、m=29としたときの第5チャネル74を有するチャネル部75の概略図である。図14では環状体の図示を省略している。図14では、第5チャネル74が検出軸を1周するごとに濃淡を変えて示している。図15は、数式(4)においてr=0.1R、n=5、m=3としたときの第5チャネル76を有するチャネル部77の概略図である。図15では環状体の図示を省略している。図15では、第5チャネル76が検出軸を1周するごとに濃淡を変えて示している。チャネル部75とチャネル部77は、nとmが異なること以外は同じ構成を有する。以下、チャネル部75について説明し、チャネル部77の説明は省略する。 FIG. 14 is a schematic diagram of a channel section 75 having a fifth channel 74 when r=0.1R, n=3 and m=29 in equation (4). In FIG. 14, illustration of the annular body is omitted. In FIG. 14, the fifth channel 74 is shown with different shades each time it rotates around the detection axis. FIG. 15 is a schematic diagram of a channel section 77 having a fifth channel 76 when r=0.1R, n=5 and m=3 in equation (4). In FIG. 15, illustration of the annular body is omitted. In FIG. 15, the fifth channel 76 is shown with different shades each time it rotates around the detection axis. The channel portion 75 and the channel portion 77 have the same configuration except that n and m are different. The channel portion 75 will be described below, and the description of the channel portion 77 will be omitted.

チャネル部75の形成方法の一例を説明する。チャネル部75は、例えば、図示しない環状体と、管状に形成された第5チャネル74とを準備し、環状体に沿って第5チャネル74を巻き付けることにより形成される。環状体は、例えば、金属や樹脂などにより形成される。第5チャネル74は、例えば、シリコーンチューブとすることにより管状に形成される。または、紫外線の照射により硬化する厚膜の感光性フィルムをチャネル部75の断面形状となるようにフォトリソグラフィにより形成し、これを多層に繰り返すことでチャネル部75を形成する。 An example of a method for forming the channel portion 75 will be described. The channel portion 75 is formed, for example, by preparing an annular body (not shown) and a tubular fifth channel 74 and winding the fifth channel 74 around the annular body. The annular body is made of metal, resin, or the like, for example. The fifth channel 74 is tubular, for example, by using a silicone tube. Alternatively, a thick photosensitive film that is cured by irradiation with ultraviolet light is formed by photolithography so as to have the cross-sectional shape of the channel portion 75 , and the channel portion 75 is formed by repeating this process in multiple layers.

チャネル部75を横断してカンチレバー部15が設けられ、チャネル部75の内部に充填材17が充填されることにより、角加速度センサが形成される。以下、チャネル部75を有する角加速度センサの作用について説明する。 An angular acceleration sensor is formed by providing the cantilever portion 15 across the channel portion 75 and filling the inside of the channel portion 75 with the filling material 17 . The operation of the angular acceleration sensor having the channel portion 75 will be described below.

チャネル部75を有する角加速度センサが図14に示すz軸まわりに1回転したとき、カンチレバー部15に生じる圧力ΔPは、以下の数式(5)によって表される。 The pressure ΔP generated in the cantilever portion 15 when the angular acceleration sensor having the channel portion 75 makes one rotation about the z-axis shown in FIG. 14 is represented by the following formula (5).

Figure 0007152752000003
Figure 0007152752000003

数式(5)において、αは、角加速度ベクトルを示す。角加速度ベクトルαは、以下の数式(6)によって表される。 In Expression (5), α indicates an angular acceleration vector. The angular acceleration vector α is represented by the following formula (6).

Figure 0007152752000004
Figure 0007152752000004

tは、第5チャネル74の接線ベクトルを示す。接線ベクトルtは、以下の数式(7)によって表される。 t denotes the tangent vector of the fifth channel 74; The tangent vector t is represented by the following Equation (7).

Figure 0007152752000005
Figure 0007152752000005

数式(5)において、α×cは、第5チャネル74上の所定位置における点が受ける角加速度を表す。-ρ(α×c)は、第5チャネル74の内部の充填材17が受ける体積あたりの慣性力を表す。 (5), α×c represents the angular acceleration experienced by a point at a given location on the fifth channel 74 . −ρ(α×c) represents the inertial force per volume experienced by the filler 17 inside the fifth channel 74 .

チャネル部75を有する角加速度センサは、数式(5)より、x軸まわりの回転とy軸まわりの回転に対しては感度を有しておらず、z軸まわりの回転にのみ感度を有する。チャネル部75を有する角加速度センサの感度は、充填材17の密度ρ、第5チャネル74の形状を決める定数であるn,R,rにより表される。したがって、チャネル部75を有する角加速度センサは、小型化と高感度化とを実現できる。 According to Equation (5), the angular acceleration sensor having the channel portion 75 has no sensitivity to rotation about the x-axis and rotation about the y-axis, but has sensitivity only to rotation about the z-axis. The sensitivity of the angular acceleration sensor having the channel portion 75 is represented by the density ρ of the filler 17 and the constants n, R, and r that determine the shape of the fifth channel 74 . Therefore, the angular acceleration sensor having the channel portion 75 can achieve miniaturization and high sensitivity.

チャネル部77を有する角加速度センサについても、チャネル部75を有する角加速度センサと同様に、z軸まわりの回転にのみ感度を有する。チャネル部77を有する角加速度センサの感度は、充填材17の密度ρ、第5チャネル76の形状を決める定数であるn,R,rにより表される。したがって、チャネル部77を有する角加速度センサは、小型化と高感度化とを実現できる。 Similarly to the angular acceleration sensor having the channel portion 75, the angular acceleration sensor having the channel portion 77 also has sensitivity only to rotation around the z-axis. The sensitivity of the angular acceleration sensor having the channel portion 77 is represented by the density ρ of the filler 17 and the constants n, R, and r that determine the shape of the fifth channel 76 . Therefore, the angular acceleration sensor having the channel portion 77 can achieve miniaturization and high sensitivity.

チャネル部14,42,75,77の巻き数を適宜変更してもよい。チャネル部14,42,75,77の平面視における形状は、適宜変更することができ、例えば矩形状などとしてもよい。 The number of turns of the channel portions 14, 42, 75, 77 may be changed as appropriate. The shape of the channel portions 14, 42, 75, 77 in plan view can be changed as appropriate, and may be rectangular, for example.

10,40 角加速度センサ
12 センサ部
13 回路基板
14,42,75,77 チャネル部
15,58,70 カンチレバー部
16,59,71 検知部
17 充填材
21 第1チャネル
22 第2チャネル
37 隙間
43 第3チャネル
44 第4チャネル
74,76 第5チャネル
10, 40 Angular acceleration sensor 12 Sensor section 13 Circuit board 14, 42, 75, 77 Channel section 15, 58, 70 Cantilever section 16, 59, 71 Detection section 17 Filling material 21 First channel 22 Second channel 37 Gap 43 Second 3rd channel 44 4th channel 74, 76 5th channel

Claims (4)

所定の検出軸まわりの角加速度を検出する角加速度センサにおいて、
管状に形成され、前記検出軸を周回して両端が接続したチャネル部と、
前記チャネル部を横断して設けられたカンチレバー部と、
前記チャネル部の内部に充填され、前記カンチレバー部により移動が制限された充填材と
を備え、
前記チャネル部は、前記検出軸と直交する平面上で渦巻き状に巻回されており、
前記充填材の慣性力により変形する前記カンチレバー部の変形量に基づいて前記角加速度を検出する角加速度センサ。
In an angular acceleration sensor that detects angular acceleration around a predetermined detection axis,
a channel portion which is formed in a tubular shape and which extends around the detection shaft and is connected at both ends;
a cantilever portion extending across the channel portion;
a filling material that is filled inside the channel portion and whose movement is restricted by the cantilever portion;
The channel portion is spirally wound on a plane orthogonal to the detection axis,
An angular acceleration sensor that detects the angular acceleration based on the amount of deformation of the cantilever portion that is deformed by the inertial force of the filler.
前記チャネル部は、前記検出軸の軸方向において異なる位置に設けられており、巻回方向が互いに逆方向である第1チャネルと第2チャネルとを有し、
前記第1チャネルと前記第2チャネルとは、内側端部同士が接続し、外側端部同士が接続している請求項に記載の角加速度センサ。
The channel part has a first channel and a second channel which are provided at different positions in the axial direction of the detection axis and whose winding directions are opposite to each other,
2. The angular acceleration sensor according to claim 1 , wherein the first channel and the second channel are connected at their inner ends and connected at their outer ends.
所定の検出軸まわりの角加速度を検出する角加速度センサにおいて、
管状に形成され、前記検出軸を周回して両端が接続したチャネル部と、
前記チャネル部を横断して設けられたカンチレバー部と、
前記チャネル部の内部に充填され、前記カンチレバー部により移動が制限された充填材と
を備え、
前記チャネル部は、前記検出軸の軸方向に沿って螺旋状に巻回された構造を有し、前記検出軸の軸方向において異なる位置に設けられており、前記検出軸と直交する平面に対して面対称である第3チャネルと第4チャネルとを有し、
前記カンチレバー部は、前記第3チャネルと前記第4チャネルとのそれぞれに設けられており、
前記充填材の慣性力により変形する前記カンチレバー部の変形量に基づいて前記角加速度を検出する角加速度センサ。
In an angular acceleration sensor that detects angular acceleration around a predetermined detection axis,
a channel portion which is formed in a tubular shape and which extends around the detection shaft and is connected at both ends;
a cantilever portion extending across the channel portion;
a filling material that is filled in the channel portion and whose movement is restricted by the cantilever portion;
with
The channel portion has a spirally wound structure along the axial direction of the detection axis, and is provided at different positions in the axial direction of the detection axis. having a third channel and a fourth channel that are plane symmetrical;
The cantilever portion is provided in each of the third channel and the fourth channel ,
An angular acceleration sensor that detects the angular acceleration based on the amount of deformation of the cantilever portion that is deformed by the inertial force of the filler .
所定の検出軸まわりの角加速度を検出する角加速度センサにおいて、
管状に形成され、前記検出軸を周回して両端が接続したチャネル部と、
前記チャネル部を横断して設けられたカンチレバー部と、
前記チャネル部の内部に充填され、前記カンチレバー部により移動が制限された充填材と
を備え、
前記チャネル部は、前記検出軸を周回する巻回軸を中心として螺旋状に巻回された第5チャネルを有し、
前記充填材の慣性力により変形する前記カンチレバー部の変形量に基づいて前記角加速度を検出する角加速度センサ。
In an angular acceleration sensor that detects angular acceleration around a predetermined detection axis,
a channel portion which is formed in a tubular shape and which extends around the detection shaft and is connected at both ends;
a cantilever portion extending across the channel portion;
a filling material that is filled in the channel portion and whose movement is restricted by the cantilever portion;
with
The channel portion has a fifth channel spirally wound around a winding axis that surrounds the detection axis ,
An angular acceleration sensor that detects the angular acceleration based on the amount of deformation of the cantilever portion that is deformed by the inertial force of the filler .
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