WO2008023573A1 - Combined sensor - Google Patents

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Hiroyuki Aizawa
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Panasonic Corp
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    • G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/084—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass
    • G01P2015/0842—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass the mass being of clover leaf shape

Definitions

  • the present invention relates to a composite sensor that detects angular velocity and acceleration used in various electronic devices such as attitude control and navigation of a moving body such as an aircraft, an automobile, a robot, a ship, and a vehicle.
  • a conventional composite sensor when using a compound sensor that detects angular velocity and acceleration, a dedicated angular velocity sensor was used to detect angular velocity, and a dedicated acceleration sensor was used to detect acceleration.
  • a plurality of angular velocity sensors and acceleration sensors were mounted on the mounting boards of various electronic devices.
  • an angular velocity sensor vibrates detection elements of various shapes such as sound shape, H shape, T shape, etc., and electrically detects distortion of the angular velocity detection element due to the occurrence of Coriolis to detect the angular velocity.
  • the acceleration sensor has a weight part, and detects the acceleration by comparing the movement of the weight part accompanying the acceleration with the acceleration detection element compared to before the movement.
  • the composite sensor includes, for example, an angular velocity sensor and an acceleration sensor, and detects the angular velocity and acceleration simultaneously by combining them.
  • Such an angular velocity sensor, an acceleration sensor, or a composite sensor is used in a posture control device, a navigation device, or the like of a moving body such as a vehicle corresponding to a detection axis to be detected.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 are known as prior art document information relating to the invention of this application, for example.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-208546
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-74767
  • the present invention solves the above problems and provides a composite sensor that is reduced in size by reducing the mounting area when detecting angular velocity and acceleration.
  • the angular velocity detection element and the acceleration detection element are stacked on each other, and the angular velocity detection element is arranged above the acceleration detection element so as to be separated from the weight portion of the acceleration detection element.
  • the angular velocity detecting element is provided with a suppressing part that suppresses upward movement of the weight part of the acceleration detecting element.
  • an angular velocity detection element is disposed above the acceleration detection element so as to be separated from the weight portion of the acceleration detection element, and the angular velocity detection element includes a suppression unit that suppresses the upward movement of the weight portion of the acceleration detection element. Therefore, even if acceleration exceeding the allowable range of movement of the weight is applied, the range of movement is limited to a specific range by the suppression unit that suppresses vertical movement, and the acceleration detection element is prevented from being destroyed. Can be achieved. At this time, it is possible to prevent both the acceleration detection element and the angular velocity detection element from being broken by suppressing the vertical movement.
  • the composite detection element of the present invention functions as an acceleration sensor by electrically processing the acceleration signal detected by the acceleration detection element, and functions as an acceleration signal by electrically processing the angular velocity signal detected by the angular velocity detection element. Accordingly, since the composite detection element of the present invention is configured by stacking the angular velocity detection element and the acceleration detection element, the signals detected by the respective detection elements are electrically processed to obtain an acceleration. It functions as a sensor and an angular velocity sensor, and it can be used as a combined sensor including an acceleration sensor and an angular velocity sensor.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a composite detection element in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a composite detection element according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a 3-3 line in FIG. 2 of the composite detection element in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an operation state of the composite detection element in one embodiment of the present invention, and is a plan view of the acceleration detection element constituting the composite detection element.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the operating state of the composite detection element in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing another operation state of the composite detection element in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing the operating state of the composite detection element in one embodiment of the present invention, and is a plan view of the angular velocity detection element constituting the composite detection element.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a composite detection element constituting a composite sensor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of this composite detection element
  • FIG. 3 is a composite view taken along line 2A-2A in FIG. It is sectional drawing of a detection element.
  • the composite sensor of the present invention includes a composite detection element and a signal processing unit (not shown) that electrically processes a detection signal from the composite detection element.
  • the composite sensor of the present embodiment in FIGS. 1 to 3 includes a composite detection element 6 having an acceleration detection element 2 that detects acceleration and an angular velocity detection element 4 that detects angular velocity.
  • the acceleration detecting element 2 includes a frame-shaped fixing arm 8 that is fixed to a mounting substrate, four connecting arms 10 that are connected to one end and connected to the fixing arm 8, and four connecting arms.
  • the four connecting arms 10 crawl due to the movement of the weight 12.
  • the angular velocity detecting element 4 includes two T-shaped first orthogonal arms formed by sandwiching and connecting the first arm 16 between two second arms 18 in a substantially orthogonal direction. It has a support portion 19 that supports the first orthogonal arm at the center thereof, and two second orthogonal arms formed by connecting the first arm 16 and the third arm 20 in a substantially orthogonal direction. The ends of the two third arms 20 both extend in a perpendicular direction, and as a result, are connected in a frame shape.
  • the second arm 18 is provided with a facing portion 22 that is bent until it faces the second arm 18 itself, and a distal end portion of the second arm 18 is connected with a weight portion 24 for detecting an angular velocity provided with a groove portion 23. is doing.
  • the acceleration detection element 2 and the angular velocity detection element 4 are stacked on each other and separated from the weight 12 of the acceleration detection element 2 so that the angular velocity is above the acceleration detection element 2.
  • Detector element 4 is arranged.
  • the angular velocity detection element 4 is provided with a suppression unit 25 (described later) that suppresses upward movement of the weight 12 of the acceleration detection element 2.
  • the angular velocity detection element 4 has an acceleration detection on the surface facing the weight 12 of the acceleration detection element 2.
  • a recess 26 is provided to be separated from the weight 12 of the element 2, and at least a part of the recess 26 does not exceed the movable range (H) of the weight 12! /, And has a depth (D)! /,
  • the This configuration serves as a suppression unit 25 that suppresses upward movement of the weight 12 of the acceleration detection element 2.
  • the third arm 20 of the angular velocity detection element 4 is stacked and fixed on the fixing arm 8 of the acceleration detection element 2, and the third arm 20 is fixed.
  • the thickness of the weight 24, the first arm 16 and the second arm 18 is made thinner than the thickness of the first arm 16, and a part of the third arm 20 is cut away to provide a cutout 27.
  • the notch 27 provided in a part of the third arm 20 does not exceed the movable range (H) of the weight 12 of the acceleration detecting element 2 and has a depth (D).
  • the acceleration detection element 2 functions as an arm in which the four connecting arms 10 are trapped due to the movement of the weight 12, so that the state of the connecting arm 10 changes.
  • the acceleration is detected based on the above.
  • sensing units 28 are provided on the four connecting arms 10.
  • the sensing portion 28 is a sensing electrode portion for sensing the strain of the connecting arm 10 and can be formed using a piezoresistive element or a piezoelectric element.
  • the angular velocity detection element 4 detects the angular velocity based on the state change of the second arm 18. ing.
  • a drive unit 30 that drives and vibrates the weight unit 24 is provided on the support unit 19 side of one of the two second arms 18 that is opposed to each other.
  • the driving unit 30 is a driving electrode unit for driving and vibrating the two second arms 18 and driving the weight unit 24, and includes a lower electrode and an upper electrode with a piezoelectric body interposed therebetween.
  • a sensing unit 32 is provided on the support unit 19 side of the other two second arms 18 in order to detect a change in the state of the second arm 18.
  • This sensing part 32 is a sensing electrode part for sensing the strain of the two second arms 18 and can be formed using a piezoresistive element or a piezoelectric element.
  • FIG. 4 is a plan view of the acceleration detection element 2 that constitutes the composite detection element 6.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an operating state of the composite detection element 6.
  • FIG. 6 is a sectional view showing another operation state of the composite detection element 6, and
  • FIG. 7 is a plan view of the angular velocity detection element 4 constituting the composite detection element 6. is there.
  • the sensing unit 28 arranged on the connecting arm 10 detects the strain of the connecting arm 10 (the change in state of the connecting arm 10), thereby detecting the acceleration. is doing.
  • the weight portion 12 comes into contact with the angular velocity detecting element 4, and the upward movement of the weight portion 12 is suppressed.
  • the cutout 27 has a depth (D) that does not exceed the movable range (H) of the space in the weight portion 12 of the acceleration detecting element 2 in the recess 26. If the depth (D) of the notch 27 exceeds the movable range (H) of the weight 12, the weight 12 does not come into contact with the angular velocity detection element 4, but the connecting arm that connects the weight 12. 10 may be destroyed.
  • the notch 27 is provided in a part of the third arm 20 of the angular velocity detecting element 4, and since the third arm 20 is disposed on the fixing arm 8 of the acceleration detecting element 2, Even if the weight portion 12 contacts the third arm 20, the influence on the angular velocity detecting element 4 due to the contact can be suppressed. That is, the third arm 20 functions as a fixing arm for fixing the acceleration detecting element 2 and is an arm that does not distort even when subjected to Coriolis. Therefore, the third arm 20 drives the weight part 24 of the angular velocity detecting element 4. Does not affect vibration and does not reduce the sensitivity of the angular velocity detection element 4.
  • the first arm 16 of the angular velocity detecting element 4 is arranged in the X axis direction
  • the second arm 18 is arranged in the Y axis direction.
  • the driving vibration direction in this angular velocity detection element 4 is the X-axis direction.
  • the direction indicated by the dotted arrows are Coriolis directions.
  • the second arm 18 can be distorted due to the counterclockwise angular velocity of the Z axis.
  • the angular velocity is detected by the sensing unit 32 detecting the distortion caused by the state change of the second arm 18.
  • the composite detection element 6 in which the acceleration detection element 2 for detecting acceleration and the angular velocity detection element 4 for detecting angular velocity are stacked on each other is provided.
  • the mounting area can be reduced without the need to arrange the detector elements, and the size can be reduced.
  • the acceleration sensor and the angular velocity signal detected by the composite detection element 6 are electrically processed to operate as a composite sensor. Therefore, the composite sensor can also be reduced in size by reducing the mounting area.
  • the angular velocity detection element 4 is arranged above the acceleration detection element 2 so as to be separated from the weight portion 12 of the acceleration detection element 2, and the angular velocity detection element 4 includes the weight portion 12 of the acceleration detection element 2. of Since a suppression unit that suppresses upward movement is provided, even if an acceleration exceeding the movable range of the weight 12 is applied, the movable range is limited to a specific range by the suppression unit that suppresses movement, and acceleration detection is performed. Element 2 can be prevented from being destroyed. At this time, it is possible to prevent both the acceleration detection element 2 and the angular velocity detection element 4 from being destroyed by suppressing upward movement.
  • the drive unit 30 is provided on one of the two second arms 18 facing each other out of the four second arms 18.
  • the force driving unit 30 and the sensing unit 32 provided with the sensing units 32 on the two second arms 18 may be provided on at least one of the four second arms 18.
  • the composite sensor according to the present invention can detect acceleration and angular velocity, the mounting area can be reduced, the size can be reduced, and it can be applied to various electronic devices.

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Description

明 細 書
複合センサ
技術分野
[0001] 本発明は、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲ ーシヨン等、各種電子機器に用いる角速度や加速度を検出する複合センサに関する ものである。
背景技術
[0002] 以下、従来の複合センサについて説明する。従来、角速度や加速度を検出する複 合センサを用いる場合は、角速度を検出するには専用の角速度センサを用い、加速 度を検出するには専用の加速度センサを用レ、て!/、た。
[0003] したがって、各種電子機器において、角速度と加速度とを複合して検出する場合は
、複数の角速度センサと加速度センサを各種電子機器の実装基板に各々実装して いた。
[0004] 一般に、角速度センサは、音さ形状や H形状や T形状等、各種の形状の検出素子 を振動させて、コリオリカの発生に伴う角速度検出素子の歪を電気的に検知して角 速度を検出するものであり、加速度センサは、錘部を有し、加速度に伴う錘部の可動 を加速度検出素子により、可動前と比較検知して加速度を検出するものである。また 、複合センサは、例えば角速度センサおよび加速度センサを含み、これらを組み合 わせて角速度と加速度を同時に検出するものである。
[0005] このような角速度センサ、加速度センサまたは複合センサを検出したい検出軸に対 応させて、車両等の移動体の姿勢制御装置やナビゲーシヨン装置等に用いている。
[0006] なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献 1 および特許文献 2が知られている。
[0007] 上記構成では、検出したい角速度や加速度の検出軸に対応させて、角速度センサ および加速度センサを実装基板に各々実装するので実装面積を確保する必要があ り、小型化を図れなレ、と!/、う問題点を有して!/、た。
特許文献 1：特開 2001— 208546号公報 特許文献 2：特開 2001— 74767号公報
発明の開示
[0008] 本発明は上記問題点を解決し、角速度や加速度を検出するにあたり、実装面積を 低減して小型化を図った複合センサを提供するものである。
[0009] すなわち、本発明の複合検出素子は、角速度検出素子と加速度検出素子とを互い に積層配置するとともに加速度検出素子の錘部と離隔させて加速度検出素子の上 方に角速度検出素子を配置し、かつ、角速度検出素子には加速度検出素子の錘部 の上方可動を抑制する抑制部を設けた構成である。このような構成とすることにより、 角速度を検出するための角速度検出素子と加速度を検出するための加速度検出素 子とを互いに積層配置した複合検出素子を設けているので、実装面積を低減でき小 型ィ匕を図ること力 Sでさる。
[0010] 特に、加速度検出素子の錘部と離隔させて加速度検出素子の上方に角速度検出 素子を配置し、かつ、角速度検出素子には加速度検出素子の錘部の上方可動を抑 制する抑制部を設けて!/、るので、錘部の可動許容範囲を超えるような加速度が加わ つたとしても、上下可動を抑制する抑制部によって可動範囲を特定範囲に制限し、加 速度検出素子の破壊防止を図ることができる。このときに、上下可動を抑制すること によって、加速度検出素子と角速度検出素子の両方の破壊防止を図ることができる 。なお、加速度検出素子で検出した加速度信号を電気的に処理することにより加速 度センサとして機能し、角速度検出素子で検出した角速度信号を電気的に処理する ことにより加速度信号として機能する。したがって、本発明の複合検出素子は、角速 度検出素子と加速度検出素子とを互いに積層配置して構成しているので、それぞれ の検出素子で検出した信号を電気的に処理することにより、加速度センサや角速度 センサとして機能し、加速度センサおよび角速度センサを含んだ複合センサとして機 倉すること力 Sでさる。
図面の簡単な説明
[0011] [図 1]図 1は本発明の一実施の形態における複合検出素子の分解斜視図である。
[図 2]図 2は本発明の一実施の形態における複合検出素子の斜視図である。
[図 3]図 3は本発明の一実施の形態における複合検出素子の図 2における 3— 3線か ら見た断面図である。
園 4]図 4は本発明の一実施の形態における複合検出素子の動作状態を示す図で、 複合検出素子を構成する加速度検出素子の平面図である。
園 5]図 5は本発明の一実施の形態における複合検出素子の動作状態を示す断面 図である。
園 6]図 6は本発明の一実施の形態における複合検出素子の他の動作状態を示す 断面図である。
園 7]図 7は本発明の一実施の形態における複合検出素子の動作状態を示す図で、 複合検出素子を構成する角速度検出素子の平面図である。
符号の説明
2 加速度検出素子
4 角速度検出素子
6 複合検出素子
8 固定用アーム
10 連結用アーム
12, 24 錘部
16 第 1アーム
18 第 2アーム
19 支持部
20 第 3アーム
22 対向部
23 溝部
25 抑制部
26 凹部
27 切欠部
28, 32 感知部
30 駆動部
発明を実施するための最良の形態 [0013] 以下、本発明の一実施の形態について、図面を用いて説明する。以下の図面にお いては、構成をわ力、りやすくするためにそれぞれの寸法は拡大して示している。さら に、同じ要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。
[0014] (実施の形態 1)
図 1は本発明の一実施の形態における複合センサを構成する複合検出素子の分 解斜視図、図 2はこの複合検出素子の斜視図、図 3は図 2における 2A— 2A線から 見た複合検出素子の断面図である。なお、本発明の複合センサは、複合検出素子 およびこの複合検出素子からの検出信号を電気的に処理する信号処理部（図示せ ず）を含んで構成されている。
[0015] したがって、図 1から図 3における本実施の形態の複合センサは、加速度を検出す る加速度検出素子 2と角速度を検出する角速度検出素子 4とを有する複合検出素子 6を備えている。
[0016] 加速度検出素子 2は、実装基板に固定する枠状の固定用アーム 8と、一端を互い に連結し他方を固定用アーム 8に連結した 4つの連結用アーム 10と、 4つの連結用 アーム 10の一端に連結し 4つの連結用アーム 10の間に配置した加速度検出用の錘 部 12とを有する。 4つの連結用アーム 10は、錘部 12の可動に起因して橈む。
[0017] 角速度検出素子 4は、第 1アーム 16を略直交方向に 2つの第 2アーム 18により挟み 込んで連結し形成した T字型の第 1の直交アームが 2つと、この 2つの隣接する第 1の 直交アームをこれらの中央で支持した支持部 19と、第 1アーム 16に第 3アーム 20を 略直交方向に連結して形成した 2つの第 2の直交アームとを有する。この 2つの第 3 アーム 20の端部はともに直角方向に伸びており、結果として枠形状に連結している。
[0018] 第 2アーム 18には第 2アーム 18自身と対向するまで折曲した対向部 22を設け、第 2アーム 18の先端部には溝部 23を設けた角速度検出用の錘部 24を連結している。
[0019] 図 2および図 3に示すように、この加速度検出素子 2と角速度検出素子 4とを互いに 積層配置するとともに加速度検出素子 2の錘部 12と離隔させて加速度検出素子 2の 上方に角速度検出素子 4を配置している。加えて、角速度検出素子 4には加速度検 出素子 2の錘部 12の上方可動を抑制する抑制部 25 (後述）を設けている。また、角 速度検出素子 4は、加速度検出素子 2の錘部 12と対向する対向面に、加速度検出 素子 2の錘部 12と離隔させる凹部 26を設けるとともに、この凹部 26の少なくとも一部 は錘部 12の可動範囲（H)を超えな!/、深さ (D)を有して!/、る。この構成が加速度検出 素子 2の錘部 12の上方可動を抑制する抑制部 25となる。
[0020] 具体的には、図 3に示すように、加速度検出素子 2の固定用アーム 8上に角速度検 出素子 4の第 3アーム 20を積層配置して固定しており、第 3アーム 20の厚みよりも錘 部 24、第 1アーム 16および第 2アーム 18の厚みを薄くするとともに第 3アーム 20の一 部を切り欠いて切欠部 27を設けている。第 3アーム 20の一部に設けた切欠部 27が 加速度検出素子 2の錘部 12の可動範囲（H)を超えな!/、深さ (D)を有して!/、る。
[0021] 上記の複合検出素子 6において、加速度検出素子 2は、 4つの連結用アーム 10が 錘部 12の可動に起因して橈むアームとして機能するので、この連結用アーム 10の状 態変化に基づき加速度を検出している。連結用アーム 10の状態変化を検知するた めに、図 1に示すように、 4つの連結用アーム 10に感知部 28を設けている。この感知 部 28は、連結用アーム 10の歪を感知させるための感知電極部であり、ピエゾ抵抗素 子ゃ圧電素子を用いて形成すればょレ、。
[0022] 角速度検出素子 4は、第 2アーム 18が駆動振動用のアームとして機能するとともに コリオリカに起因して橈むアームとして機能するので、この第 2アーム 18の状態変化 に基づき角速度を検出している。この角速度検出素子 4において、 4つの第 2アーム 18の内、互いに対向する一方の 2つの第 2アーム 18の支持部 19側には錘部 24を駆 動振動させる駆動部 30を設けている。この駆動部 30は、 2つの第 2アーム 18を駆動 振動させるとともに錘部 24を駆動振動させるための駆動電極部であり、圧電体を介 在させた下部電極と上部電極とからなる。また、他方の 2つの第 2アーム 18の支持部 19側には第 2アーム 18の状態変化を検知するために感知部 32を設けている。この 感知部 32は、 2つの第 2アーム 18の歪を感知させるための感知電極部であり、ピエ ゾ抵抗素子ゃ圧電素子を用いて形成すればょレ、。
[0023] 図 4、図 5および図 7は複合検出素子 6の動作状態を示す図で、図 4は、この複合検 出素子 6を構成する加速度検出素子 2の平面図であり、図 5は、この複合検出素子 6 の動作状態を示す断面図である。また、図 6は複合検出素子 6の他の動作状態を示 す断面図であり、図 7は、複合検出素子 6を構成する角速度検出素子 4の平面図で ある。
[0024] まず、複合検出素子 6を構成する加速度検出素子 2の動作について説明する。
[0025] 図 4から図 6に示すように、互いに直交した X軸、 Y軸、 Z軸において、加速度検出 素子 2の 4つの連結用アーム 10を X軸方向および Y軸方向に配置した場合を考える 。この場合、例えば、 Z軸方向に加速度 が加わると、図 5に示すように、錘部 12が Ζ軸方向に変位しょうとして連結用アーム 10に Ζ軸方向の加速度 に起因した歪を 発生させること力 Sでさる。
[0026] また、 Υ軸方向に加速度 a yが加わると、図 6に示すように、錘部 12が Y軸方向に変 位しようとして連結用アーム 10に Y軸方向の加速度 a yに起因した歪を発生させるこ とができる。このとき、錘部 12は連結用アーム 10によって固定されているので、錘部 1 2は回転しつつ Z軸方向に変位しょうとする。
[0027] そして、上記の連結用アーム 10の歪（連結用アーム 10の状態変化）を、図 4に示す ように、連結用アーム 10に配置した感知部 28が感知することにより、加速度を検出し ている。
[0028] 上記の加速度検出素子 2において、例えば、 Z軸方向に過度な加速度 a zが加わ つた場合、図 5に示すように、錘部 12は Z軸方向に可動しょうとする力 S、角速度検出 素子 4の切欠部 27において、錘部 12が角速度検出素子 4に接触して、錘部 12の上 方可動が抑制される。これは、切欠部 27が加速度検出素子 2の錘部 12が凹部 26に おける空間の可動範囲（H)を超えない深さ（D)を有しているからである。仮に、切欠 部 27の深さ（D)が錘部 12の可動範囲（H)を超えていると、錘部 12は角速度検出素 子 4に接触しないが、錘部 12を連結する連結用アーム 10が破壊される恐れがある。
[0029] また、切欠部 27は角速度検出素子 4の第 3アーム 20の一部に設けられており、この 第 3アーム 20は加速度検出素子 2の固定用アーム 8上に配置しているので、錘部 12 が第 3アーム 20に接触したとしても、その接触に起因した角速度検出素子 4への影 響を抑制できる。すなわち、第 3アーム 20は加速度検出素子 2を固定するための固 定用のアームとして機能しており、コリオリカを受けても歪まないアームのため、角速 度検出素子 4の錘部 24の駆動振動に影響を与えず、角速度検出素子 4の感度を低 下させない。 [0030] 同様に、 Y軸方向に過度な加速度 a yが加わった場合、図 6に示すように、錘部 12 は連結用アーム 10によって固定されているので、錘部 12は回転しつつ Z軸方向に 可動しょうとする力 S、角速度検出素子 4の切欠部 27において、錘部 12が角速度検出 素子 4に接触して、錘部 12の上方可動が抑制される。
[0031] 次に、複合検出素子 6を構成する角速度検出素子 4の動作について説明する。
[0032] 図 7に示すように、互いに直交した X軸、 Y軸および Z軸において、角速度検出素子 4の第 1アーム 16を X軸方向に配置して、第 2アーム 18を Y軸方向に配置した場合を 考える。この場合に、駆動部 30に共振周波数の交流電圧を印加すると、駆動部 30 が配置された第 2アーム 18を起点に第 2アーム 18が駆動振動し、それに伴って錘部 24も第 2アーム 18に対して垂直な方向、すなわち実線の矢印とそれに連続した点線 の矢印とで記した駆動振動方向に駆動振動する。
[0033] このときに、 4つの第 2アーム 18および 4つの錘部 24の全てが同調して第 2アーム 1 8の対向部 22に対して垂直な方向に駆動振動する。この角速度検出素子 4における 駆動振動方向は X軸方向となる。このとき、例えば、 Z軸の左回りに角速度が生じた 場合は、錘部 24の駆動振動と同調して、錘部 24に対して駆動振動方向と直交した 方向、すなわち互いに分離した実線の矢印と点線の矢印とで記した方向をコリオリ方 向とする。そうすると、このコリオリ方向にコリオリカが発生するので、第 2アーム 18に Z 軸の左回りの角速度に起因した歪を発生させることができる。そして、この第 2アーム 18の状態変化に起因した歪を感知部 32が感知することにより、角速度を検出してい
[0034] 上記構成により、加速度を検出するための加速度検出素子 2と角速度を検出する ための角速度検出素子 4とを互いに積層配置した複合検出素子 6を設けているので 、加速度および角速度の専用の検出素子を配置する必要がなぐ実装面積を低減で き小型化を図れる。この複合検出素子 6により検出した加速度信号および角速度信 号を電気的に処理することにより複合センサとして動作している。したがって、複合セ ンサも実装面積を低減でき小型化を図れる。
[0035] 特に、加速度検出素子 2の錘部 12と離隔させて加速度検出素子 2の上方に角速 度検出素子 4を配置し、かつ、角速度検出素子 4には加速度検出素子 2の錘部 12の 上方可動を抑制する抑制部を設けているので、錘部 12の可動範囲を超えるような加 速度が加わったとしても、可動を抑制する抑制部によって可動範囲を特定範囲に制 限し、加速度検出素子 2の破壊防止を図れる。この際、上方可動を抑制することによ つて、加速度検出素子 2と角速度検出素子 4の両方の破壊防止が図れる。
[0036] なお、本発明の一実施例における複合センサの角速度検出素子 4では、 4つの第 2 アーム 18の内、互いに対向する一方の 2つの第 2アーム 18に駆動部 30を設け、他 方の 2つの第 2アーム 18に感知部 32を設けている力 駆動部 30や感知部 32は 4つ の第 2アーム 18の内、少なくとも 1つの第 2アーム 18に設ければよい。
産業上の利用可能性
[0037] 本発明に係る複合センサは、加速度と角速度を検出できるので、実装面積を低減 でき小型化を図れ、各種電子機器に適用できるものである。

Claims

請求の範囲
[1] 角速度検出素子と加速度検出素子を有する複合検出素子を備え、
前記加速度検出素子は、錘部と、前記錘部に連結されて橈むアームとを有し、 前記角速度検出素子は、駆動振動用のアームと、コリオリカに起因して橈むアームと を有し、
前記角速度検出素子と前記加速度検出素子とを互いに積層配置するとともに前記 加速度検出素子の錘部と離隔させて前記加速度検出素子の上方に前記角速度検 出素子を配置し、かつ、前記角速度検出素子には前記加速度検出素子の錘部の上 方可動を抑制する抑制部を設けた複合センサ。
[2] 前記角速度検出素子は、前記加速度検出素子の錘部と対向する対向面に、前記加 速度検出素子の錘部と離隔させる凹部を設けるとともに、前記凹部の少なくとも一部 は前記錘部の可動範囲を超えな!/、深さを有する請求項 1に記載の複合センサ。
[3] 前記角速度検出素子は、第 1アームを第 2アームに直交方向に連結して形成した 2 つの直交アームと、 2つの前記第 1アームを支持した支持部と、前記第 1アームに第 3 アームを直交方向に連結して形成した 2つの直交アームとを有し、前記第 3アームに て前記加速度検出素子に固定し、前記第 3アームの厚みよりも前記錘部、前記第 1 アームおよび前記第 2アームの厚みを薄くするとともに前記第 3アームの一部を切り 欠いて凹部を設け、前記第 3アームの一部に設けた前記凹部は前記加速度検出素 子の錘部の可動範囲を超えな!/、深さを有する請求項 1に記載の複合センサ。
[4] 前記加速度検出素子は、前記錘部に連結されて橈むアームを有するとともに実装基 板に固定する固定用アームを有し、前記加速度検出素子の固定用アーム上に前記 角速度検出素子の第 3アームを積層配置して固定した請求項 3に記載の複合センサ
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