(57)【要約】【課題】本発明は、物理量センサに、衝撃荷重が加わった場合であっても、出力信号が変動するということのない、出力信号の精度が向上した物理量センサを提供することを目的とするものである。【解決手段】上記課題を解決するために本発明の物理量センサは、端子７３と防振部材７１との双方により、検出素子の不要な振動を減衰させ、防振部材のみにより不要な振動を減衰させるのに比較して、防振効果を向上させる構成としたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出素子と、この検出素子を載置する載置部と、この載置部と一端を接続されるとともに前記検出素子とリードワイヤーを介して電気的に接続された端子と、前記検出素子および載置部を収納するとともに前記端子の他端を支持する有底筒状のケースと、前記ケースにおける内底面と載置部との間に位置して樹脂製の防振部材を設けた物理量センサ。
【請求項２】
防振部材をケースの内底面から内側面にわたって設けた請求項１記載の物理量センサ。
【請求項３】
樹脂製の防振部材をウレタンゲルまたはシリコーンゲルとした請求項１記載の物理量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、耐衝撃性の優れた例えば角速度を検出する物理量センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の角速度センサは、図１７に示すように構成されていた。
【０００３】
図１７は従来の角速度センサの斜視図である。
【０００４】
図１７において、１は角速度検出素子で、この角速度検出素子１はＺ方向に立設された４つの振動部２を設けるとともに、この振動部２の外側面に圧電素子３を設け、さらに、振動部２の下部を一体に接続する接続部４を設けている。５は錘部で、この錘部５は前記角速度検出素子１における接続部４の下面に固着されている。６は金属製の防振部材で、この金属製の防振部材６は前記錘部５の下面と固着されているとともに、上方から下方にわたって台形形状の孔７を設け、かつ中心からＸ軸方向またはＹ軸方向に向かって延出する支持部８を設けている。また、前記金属製の防振部材６の外周側には、固定部９を設けており、この固定部９により、前記支持部８の外周側を連接して固定している。１０はケースで、このケース１０は前記金属製の防振部材６における固定部９の下面を上面に固定するとともに、前記角速度検出素子１の下側に位置して、直方体形状の穴１１を設けている。１２はシリコーンゲルからなる防振部材で、この防振部材１２は前記ケース１０における穴１１に充填されており、さらに、前記金属製の防振部材６における孔７にも充填されている。そして、前記シリコーンゲルからなる防振部材１２は角速度検出素子１のＺ軸方向に設けられている。
【０００５】
以上のように構成された従来の角速度センサについて、次にその動作を説明する。
【０００６】
前記角速度検出素子１における圧電素子３に交流電圧を印加すると、図１８に示すように、角速度検出素子１における４つの振動部２は、断面の対角線の方向でかつ互いに異なる方向に振動駆動する。そして、この状態において、角速度検出素子１にＺ軸周りの角速度が発生すると、図１９に示すように、振動駆動方向と垂直な方向にＦ＝２ｍＶ×ωのコリオリ力が生じて振動部２が振動する。この振動により振動部２における圧電素子３に発生する電荷を、増幅して電圧に変換することにより、角速度検出素子１に発生する角速度を検出することができるものである。
【０００７】
ここで、角速度センサに外部より、通常の角速度以外の衝撃荷重が加わる場合を考えると、従来の角速度センサにおいては、シリコーンゲルからなる防振部材１２を角速度検出素子１に設けているため、防振部材１２の粘弾性により、衝撃荷重により生じた不要な振動を減衰させることとなる。
【０００８】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２１３９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の構成においては、シリコーンゲルからなる防振部材１２のみ設けているため、例えば、図２０に示すように、角速度検出素子１の振動駆動の周波数である４１ｋＨｚ付近近傍では、ゲインが０．００５であり、十分な振動の減衰を達成できていないため、角速度検出素子に衝撃荷重が加わると振動駆動に影響を及ぼしてしまうこととなり、これにより、出力信号が変動してしまうという課題を有していた。
【００１１】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、物理量センサに、衝撃荷重が加わった場合であっても、出力信号が変動するということのない、出力信号の精度が向上した物理量センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有する。
【００１３】
本発明の請求項１に記載の発明は、検出素子と、この検出素子を載置する載置部と、この載置部と一端を接続されるとともに前記検出素子とリードワイヤーを介して電気的に接続された端子と、前記検出素子および載置部を収納するとともに前記端子の他端を支持する有底筒状のケースと、前記ケースにおける内底面と載置部との間に位置して樹脂製の防振部材を設けたもので、この構成によれば、ケースにおける内底面と載置部との間に位置して樹脂製の防振部材を設けたため、端子と防振部材との双方により、検出素子の不要な振動を減衰させることとなり、これにより、防振部材のみにより不要な振動を減衰させるのに比較して、端子による防振効果を期待することができるから、端子によりケースと検出素子とを電気的に接続しつつ、検出素子に衝撃荷重が加わることを抑制できることとなり、出力信号が変動しなくなるという作用効果を有するものである。
【００１４】
本発明の請求項２に記載の発明は、防振部材をケースの内底面から内側面にわたって設けたもので、この構成によれば、防振部材を検出素子におけるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸方向にわたって設けることとなり、防振部材の粘弾性により、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のいずれの衝撃荷重が加わっても検出素子に生じる不要な振動を減衰させることができるから、これにより、検出素子からの出力信号が、さらに安定するという作用効果を有するものである。
【００１５】
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、樹脂製の防振部材をウレタンゲルまたはシリコーンゲルとしたもので、この構成によれば、樹脂製の防振部材をウレタンゲルまたはシリコーンゲルとしたため、液状の状態で、検出素子を収納するケース内に充填した後、防振部材を硬化させることができることとなり、これにより、容易に防振部材を設けることが出来るという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１６】
検出素子と、この検出素子を載置する載置部と、この載置部と一端を接続されるとともに前記検出素子とリードワイヤーを介して電気的に接続された端子と、前記検出素子および載置部を収納するとともに前記端子の他端を支持する有底筒状のケースと、前記ケースにおける内底面と載置部との間に位置して樹脂製の防振部材を設けたもので、この構成によれば、ケースにおける内底面と載置部との間に位置して樹脂製の防振部材を設けたため、端子と防振部材との双方により、検出素子の不要な振動を減衰させることとなり、これにより、防振部材のみにより不要な振動を減衰させるのに比較して、端子による防振効果を期待することができるから、端子によりケースと検出素子とを電気的に接続しつつ、検出素子に衝撃荷重が加わることを抑制できることとなり、その結果、出力信号の変動しない物理量センサを提供することができるという効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態における物理量センサの側断面図
【図２】同物理量センサにおける検出素子の側断面図
【図３】同物理量センサにおける検出素子の上面図
【図４】同物理量センサにおける検出素子の圧電体を設けた箇所の側断面図
【図５】同物理量センサの回路図
【図６】同物理量センサにおける検出素子をＺ軸方向に振動駆動させる状態を示す側断面図
【図７】同物理量センサのＸ軸周りの角速度を検出する状態を示す図
【図８】同物理量センサにおける検出素子がＹ軸方向のコリオリ力により動作する状態を示す側断面図
【図９】同物理量センサからの出力信号をＺ軸方向の駆動周波数で同期検波をする状態を示す波形図
【図１０】同物理量センサのＹ軸周りの角速度を検出する状態を示す図
【図１１】同物理量センサからの出力信号をＺ軸方向の駆動周波数で同期検波をする状態を示す波形図
【図１２】同物理量センサのＺ軸周りの角速度を検出する状態を示す図
【図１３】同物理量センサからの出力信号をＹ軸方向の駆動周波数で同期検波をする状態を示す波形図
【図１４】本発明の一実施の形態における物理量センサの端子による振動の減衰特性を示す図
【図１５】本発明の一実施の形態における物理量センサの端子および防振部材による振動の減衰特性を示す図
【図１６】本発明の一実施の形態におけるなお書き記載の物理量センサの側断面図
【図１７】従来の角速度センサの斜視図
【図１８】従来の角速度センサにおける角速度検出素子の振動部が振動駆動する状態を示す上面図
【図１９】従来の角速度センサにおける角速度検出素子の振動部が動作する状態を示す上面図
【図２０】従来の角速度センサの防振部材による振動の減衰特性を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施の形態における物理量センサについて、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施の形態における物理量センサの側断面図、図２は同物理量センサにおける検出素子の側断面図、図３は同検出素子の上面図、図４は同物理量センサにおける検出素子の圧電体を設けた箇所の側断面図、図５は同物理量センサの回路図である。
【００２０】
図１〜図５において、２０はＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸方向の角速度を検出可能な検出素子で、この検出素子は、上面の両辺側に段差部２０ａを設けるとともに、この段差部２０ａに複数の素子用電極パッド２０ｂを設けている。また、前記検出素子２０は、図２に示すように、内部に直方体形状のＳｉからなる質量部２１を設けている。そしてまた、前記検出素子２０には、Ｓｉからなる第１のＸ軸方向支持部材２２を設けており、この第１のＸ軸方向支持部材２２は、前記質量部２１における一側面の上部を支持するとともに、上面の外側に一対のＰＺＴからなる外側駆動圧電体２３を設け、さらに上面の内側に一対のＰＺＴからなる内側駆動圧電体２４を設けているものである。また、前記第１のＸ軸方向支持部材２２の上面には、前記一対の外側駆動圧電体２３の間に位置して、外側検出圧電体２５を設けており、さらに前記一対の内側駆動圧電体２４の間に位置して、内側検出圧電体２６を設けているものである。さらに、前記検出素子２０にはＳｉからなる第２のＸ軸方向支持部材２７を設けており、この第２のＸ軸方向支持部材２７は、前記質量部２１における前記第１のＸ軸方向支持部材２２を設けた側と反対側の一側面の上部を支持するとともに、上面の外側に一対のＰＺＴからなる外側駆動圧電体２８を設け、さらに上面の内側に一対のＰＺＴからなる内側駆動圧電体２９を設けているものである。また、前記第２のＸ軸方向支持部材２７の上面には、前記一対の外側駆動圧電体２８の間に位置して、外側検出圧電体３０を設けており、さらに前記一対の内側駆動圧電体２９の間に位置して、内側検出圧電体３１を設けているものである。
【００２１】
また、前記検出素子２０にはＳｉからなる第１のＹ軸方向支持部材３２を設けており、この第１のＹ軸方向支持部材３２は、前記質量部２１における一側面の上部を支持するとともに、上面の外側に一対のＰＺＴからなる外側駆動圧電体３３を設け、さらに上面の内側に一対のＰＺＴからなる内側駆動圧電体３４を設けているものである。また、前記第１のＹ軸方向支持部材３２の上面には、前記一対の外側駆動圧電体３３の間に位置して、外側検出圧電体３５を設けており、さらに前記一対の内側駆動圧電体３４の間に位置して、内側検出圧電体３６を設けているものである。そしてまた、前記第１のＹ軸方向支持部材３２の上面には、前記外側駆動圧電体３３の外側に位置して外側モニタ圧電体３７を設けるとともに、内側駆動圧電体３４の外側に位置して内側モニタ圧電体３８を設けているものである。
【００２２】
そしてまた、前記検出素子２０にはＳｉからなる第２のＹ軸方向支持部材３９を設けており、この第２のＹ軸方向支持部材３９は、前記質量部２１における前記第１のＹ軸方向支持部材３２を設けた側と反対側の一側面の上部を支持するとともに、上面の外側に一対のＰＺＴからなる外側駆動圧電体４０を設け、さらに上面の内側に一対のＰＺＴからなる内側駆動圧電体４１を設けているものである。また、前記第２のＹ軸方向支持部材３９の上面には、前記一対の外側駆動圧電体４０の間に位置して、外側検出圧電体４２を設けており、さらに前記一対の内側駆動圧電体４１の間に位置して、内側検出圧電体４３を設けているものである。そしてまた、前記第２のＹ軸方向支持部材３９の上面には、一対の内側駆動圧電体４１の外側に位置して一対の内側モニタ圧電体６８を設けているものである。
【００２３】
また、前記第１のＸ軸方向支持部材２２の上面に位置する外側駆動圧電体２３および外側検出圧電体２５は、図４に示すように、Ｓｉからなる第１のＸ軸方向支持部材２２の上面に設けたＰｔとＴｉとの合金薄膜からなる共通ＧＮＤ電極４４の上面に設けられ、そして、外側駆動圧電体２３の上面に駆動電極４５を設けるとともに、外側検出圧電体２５の上面に検出電極４６を設けているものである。
【００２４】
そして、前記外側駆動圧電体２３、２８、３３、４０、内側駆動圧電体２４、２９、３４、４１、外側検出圧電体２５、３０、３５、４２および内側検出圧電体２６、３１、３６、４３は回路パターン（図示せず）により、前記素子用電極パッド２０ｂと電気的に接続されている。
【００２５】
そしてまた、前記質量部２１は、第１のＸ軸方向支持部材２２、第２のＸ軸方向支持部材２７、第１のＹ軸方向支持部材３２および第２のＹ軸方向支持部材３９で支持することにより、Ｘ軸方向の駆動周波数が３９ｋＨｚ、Ｙ軸方向の駆動周波数が４１ｋＨｚ、Ｚ軸方向の駆動周波数が４０ｋＨｚになるように構成されているものである。すなわち、質量部２１の駆動周波数がＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向でそれぞれ異なるようにするとともに、Ｚ軸方向の駆動周波数が中央の値になるように設定されているものである。
【００２６】
そして、前記第１のＸ軸方向支持部材２２、第２のＸ軸方向支持部材２７、第１のＹ軸方向支持部材３２および第２のＹ軸方向支持部材３９は、図３に示すように、それらの間に４つの孔１９を有するとともに、外周側を一体に接続した外周部６９を設けているものである。
【００２７】
４７はＳｉからなる有底四角形筒状の枠体で、この枠体４７は前記第１のＸ軸方向支持部材２２、第２のＸ軸方向支持部材２７、第１のＹ軸方向支持部材３２および第２のＹ軸方向支持部材３９と連接された外周部６９を支持しているものである。
【００２８】
４８はＩＣで、このＩＣ４８は下面の両側に複数のＩＣ用電極パッド４８ａを設けており、このＩＣ用電極パッド４８ａを前記検出素子２０における素子用電極パッド２０ｂと電気的に接続させている。
【００２９】
また、前記ＩＣ４８は、図５に示すように、駆動回路４９と検出回路５０で構成され、そして、駆動回路４９は、Ｚ軸方向駆動回路５１ａと、Ｙ軸方向駆動回路５１ｂとで構成されているものである。そしてまた、前記Ｚ軸方向駆動回路５１ａは第１のＹ軸方向支持部材３２における外側モニタ圧電体３７と第２のＹ軸方向支持部材３９における内側モニタ圧電体６８とからの出力信号の差動値をＺ軸方向駆動回路５１ａにおけるＩＶ変換器５２、バンドパスフィルター５３およびＡＧＣ回路５４を介して外側駆動圧電体２３、２８、３３、４０および内側駆動圧電体２４、２９、３４、４１に入力することにより、質量部２１をＺ軸方向に一定の振幅で振動駆動させているものである。また、これと同様に、前記Ｙ軸方向駆動回路５１ｂは第１のＹ軸方向支持部材３２における内側モニタ圧電体３８と第２のＹ軸方向支持部材３９における内側モニタ圧電体６８とからの出力信号の差動値をＹ軸方向駆動回路５１ｂにおけるＩＶ変換器５５、バンドパスフィルター５６およびＡＧＣ回路５７を介して外側駆動圧電体３３、４０および内側駆動圧電体３４、４１に入力することにより、検出素子２０における質量部２１をＹ軸方向に一定の振幅で駆動振動させているものである。
【００３０】
そしてまた、前記検出回路５０はＹ方向コリオリ力検出回路５８とＸ方向コリオリ力検出回路５９とで構成され、そして、Ｙ方向コリオリ力検出回路５８は、第１のＹ軸方向支持部材３２における外側検出圧電体３５および内側検出圧電体３６の出力信号をＩＶ変換器６０に入力するとともに、第２のＹ軸方向支持部材３９における外側検出圧電体４２および内側検出圧電体４３の出力信号をＩＶ変換器６１に入力し、両者の差動を取った後、同期検波器６２によって、Ｚ軸方向の駆動周波数で同期検波することにより、Ｘ軸周りの角速度を検出するものである。また、前記Ｘ方向コリオリ力検出回路５９は、第１のＸ軸方向支持部材２２における外側検出圧電体２５および内側検出圧電体２６の出力信号を入力するＩＶ変換器６３と、第２のＸ軸方向支持部材２７における外側検出圧電体３０および内側検出圧電体３１からの出力信号を入力するＩＶ変換器６４からの出力信号との差動値を同期検波器６５によって、Ｚ軸方向の駆動周波数で同期検波することにより、Ｙ軸周りの角速度を検出するものである。さらに、これらと同様にして、同期検波器６６によって、Ｙ軸方向の駆動周波数で同期検波することにより、Ｚ軸周りの角速度を検出するものである。
【００３１】
６７は有底四角筒状のセラミックからなるケースで、このケース６７は前記検出素子２０を内側に収納するとともに、内底面に前記ＩＣ４８を設けている。そして、このケース６７は多層回路基板（図示せず）を有しており、前記ＩＣ４８と前記ＩＣ用電極パッド４８ａを介して電気的に接続されている。
【００３２】
７１はウレタンゲルからなる防振部材で、この防振部材７１は、前記ケース６７の内底面に設けたＩＣ４８の上面に充填されている。
【００３３】
７２は樹脂製の載置部で、この載置部７２は前記検出素子２０を上面に載置するとともに、前記ケース６７の上面にＩＣ４８を介して設けた防振部材７１の上面に設けられている。
【００３４】
７３は金属製の端子で、この金属製の端子７３は前記載置部７２と一体に成形されることにより、一端を載置部７２と接続されるとともに、前記検出素子２０とリードワイヤー７４を介して電気的に接続されている。
【００３５】
７５はセラミックからなる上蓋で、この上蓋７５は前記ケース６７の上面開口部を閉塞している。
【００３６】
以上のように構成された本発明の一実施の形態における物理量センサについて、次に、その組立方法を説明する。
【００３７】
まず、予め準備したＳｉからなる基材（図示せず）の上面に、ＰｔとＴｉの合金薄膜からなる共通ＧＮＤ電極４４を蒸着により形成し、その後、共通ＧＮＤ電極４４の上面にＰＺＴ薄膜からなる外側駆動圧電体２３、２８、３３、４０、内側駆動圧電体２４、２９、３４、４１、外側検出圧電体２５、３０、３５、４２、内側検出圧電体２６、３１、３６、４３、外側モニタ圧電体３７および内側モニタ圧電体３８、６８を蒸着により形成する。
【００３８】
次に、外側駆動圧電体２３、２８、３３、４０、内側駆動圧電体２４、２９、３４、４１、外側検出圧電体２５、３０、３５、４２、内側検出圧電体２６、３１、３６、４３、外側モニタ圧電体３７および内側モニタ圧電体３８、６８の上面にＴｉとＡｕの合金薄膜からなる駆動電極４５、検出電極４６およびモニタ電極（図示せず）を形成する。
【００３９】
次に、共通ＧＮＤ電極４４側に電圧を印加するとともに、駆動電極４５、検出電極４６およびモニタ電極（図示せず）を接地することにより、外側駆動圧電体２３、２８、３３、４０、内側駆動圧電体２４、２９、３４、４１、外側検出圧電体２５、３０、３５、４２、内側検出圧電体２６、３１、３６、４３、外側モニタ圧電体３７および内側モニタ圧電体３８、６８を分極する。
【００４０】
次に、基材（図示せず）における不要な箇所を除去することにより、質量部２１、第１のＸ軸方向支持部材２２、第２のＸ軸方向支持部材２７、第１のＹ軸方向支持部材３２、第２のＹ軸方向支持部材３９、外周部６９および枠体４７からなる検出素子２０を形成する。
【００４１】
次に、ケース６７の内底面にＩＣ４８を載置し、ＩＣ用電極パッド４８ａをケース６７における多層回路基板（図示せず）と電気的に接続する。
【００４２】
次に、載置部７２に端子７３を一体に成形した後、端子７３の他端をケース６７と接続する。
【００４３】
次に、前記ケース６７の内底面に、ＩＣ４８の上面と載置部７２の下面とが接続されるまで、液状のウレタンゲルからなる防振部材７１を充填した後、約１００℃で、約１時間加熱することにより、硬化させ、載置部７２とＩＣ４８とを防振部材７１により、接続する。
【００４４】
すなわち、樹脂製の防振部材７１をウレタンゲルとしたため、液状の状態で、ケース６７内に充填した後、防振部材７１を硬化させることができることとなり、これにより、容易に防振部材７１を設けることが出来るという作用効果を有するものである。
【００４５】
最後に、ケース６７の上面開口部を上蓋７５により閉塞する。
【００４６】
以上のように構成され、かつ組み立てられた本発明の一実施の形態における物理量センサについて、次に、その動作を説明する。
【００４７】
まず、最初に質量部２１にＸ軸周りの角速度が付加される場合を説明する。
【００４８】
まず、内側駆動圧電体２４、２９、３４、４１に正電圧を印加すると同時に、外側駆動圧電体２３、２８、３３、４０に負電圧を印加すると、図６に示すように、内側駆動圧電体２４、２９、３４、４１は伸びるとともに外側駆動圧電体２３、２８、３３、４０は縮むことになり、その結果、質量部２１は上方に向かって移動する。次に、内側駆動圧電体２４、２９、３４、４１に負電圧を印加すると同時に、外側駆動圧電体２３、２８、３３、４０に正電圧を印加すると、内側駆動圧電体２４、２９、３４、４１は縮むとともに外側駆動圧電体２３、２８、３３、４０は伸びることになり、その結果、質量部２１は下方に向かって移動する。すなわち、質量部２１はＺ軸方向の駆動周波数で速度Ｖの振動駆動をするものである。そして、この質量部２１の振動駆動は外側モニタ圧電体３７および内側モニタ圧電体６８から発生する出力信号が一定になるように、内側駆動圧電体２４、２９、３４、４１および外側駆動圧電体２３、２８、３３、４０に印加する電圧を調整することにより、振動駆動の振幅を制御している。
【００４９】
そしてまた、質量部２１がＺ軸方向の駆動周波数で振動駆動をしている状態において、質量部２１がＸ軸方向の中心軸周りに角速度ωで回転すると、図７に示すように、質量部２１にＹ軸方向のＦ＝２ｍＶ×ωのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により、質量部２１はＹ軸方向に振動駆動するため、この振動駆動によって、例えば、図８に示すように、第１のＹ軸方向支持部材３２における外側検出圧電体３５および内側検出圧電体３６が伸びることにより正電荷が発生するとともに、第２のＹ軸方向支持部材３９における外側検出圧電体４２および内側検出圧電体４３が縮むことにより負電荷が発生する。そして、外側検出圧電体３５および内側検出圧電体３６から発生する電荷をＩＶ変換器６０により出力信号に変換するとともに、外側検出圧電体４２および内側検出圧電体４３から発生する電荷をＩＶ変換器６１により出力信号に変換し、両者の差動を取った後、図９に示すように、Ｚ軸方向の振動駆動の周波数で、同期検波器６２によって同期検波することにより、Ｘ軸周りの角速度を検出するものである。
【００５０】
次に、質量部２１にＹ軸周りの角速度が付加される場合を説明する。
【００５１】
この場合も、前述したＸ軸周りの角速度を検出する場合と同様に、質量部２１がＺ軸方向に振動駆動をしている状態において、質量部２１がＹ軸方向の中心軸周りに角速度ωで回転すると、図１０に示すように、質量部２１にＸ軸方向のＦ＝２ｍＶ×ωのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により、質量部２１はＸ軸方向に振動駆動するため、この振動駆動によって、第１のＸ軸方向支持部材２２における外側検出圧電体２５および内側検出圧電体２６が伸びることにより正電荷が発生するとともに、第２のＸ軸方向支持部材２７における外側検出圧電体３０および内側検出圧電体３１が縮むことにより負電荷が発生する。そして、外側検出圧電体２５および内側検出圧電体２６から発生する電荷をＩＶ変換器６３により出力信号に変換するとともに、外側検出圧電体３０および内側検出圧電体３１から発生する電荷をＩＶ変換器６４により出力信号に変換し、両者の差動を取った後、図１１に示すように、Ｚ軸方向の振動駆動の周波数で、同期検波器６６によって同期検波することにより、Ｙ軸周りの角速度を検出するものである。
【００５２】
次に、質量部２１にＺ軸周りの角速度が付加される場合を説明する。
【００５３】
Ｚ軸周りの角速度を検出するためには、図１２に示すように、質量部２１がＹ軸方向に振動駆動をするようにする。
【００５４】
まず、第１のＹ軸方向支持部材３２における外側駆動圧電体３３および内側駆動圧電体３４に正電圧を印加すると同時に、第２のＹ軸方向支持部材３９における外側駆動圧電体４０および内側駆動圧電体４１に負電圧を印加すると、外側駆動圧電体３３および内側駆動圧電体３４は伸びるとともに外側駆動圧電体４０および内側駆動圧電体４１は縮むことになり、その結果、質量部２１は第１のＹ軸方向支持部材３２に向かって移動する。
【００５５】
次に、第１のＹ軸方向支持部材３２における外側駆動圧電体３３および内側駆動圧電体３４に負電圧を印加すると同時に、第２のＹ軸方向支持部材３９における外側駆動圧電体４０および内側駆動圧電体４１に正電圧を印加すると、外側駆動圧電体３３および内側駆動圧電体３４は縮むとともに外側駆動圧電体４０および内側駆動圧電体４１は伸びることになり、その結果、質量部２１は第２のＹ軸方向支持部材３９に向かって移動する。すなわち、質量部２１はＹ軸方向の駆動周波数で速度Ｖの振動駆動をするものである。そして、この質量部２１の振動駆動は内側モニタ圧電体３８、６８から発生する出力信号が一定になるように、外側駆動圧電体３３、内側駆動圧電体３４、外側駆動圧電体４０および内側駆動圧電体４１に印加する電圧を調整することにより、振動駆動の振幅を制御している。
【００５６】
そして、質量部２１がＹ軸方向に振動駆動をしている状態において、質量部２１がＺ軸方向の中心軸周りに角速度ωで回転すると、質量部２１にＸ軸方向のＦ＝２ｍＶ×ωのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により、質量部２１はＸ軸方向に振動駆動するため、この振動駆動によって、第１のＸ軸方向支持部材２２における外側検出圧電体２５および内側検出圧電体２６が伸びることにより正電荷が発生するとともに、第２のＸ軸方向支持部材２７における外側検出圧電体３０および内側検出圧電体３１が縮むことにより負電荷が発生する。そして、外側検出圧電体２５および内側検出圧電体２６から発生する電荷をＩＶ変換器６３により出力信号に変換するとともに、外側検出圧電体３０および内側検出圧電体３１から発生する電荷をＩＶ変換器６４により出力信号に変換し、両者の差動を取った後、図１３に示すように、Ｙ軸方向の振動駆動の周波数で、同期検波器６６によって同期検波することにより、Ｚ軸周りの角速度を検出するものである。
【００５７】
ここで、物理量センサに外部より、衝撃荷重が加わる場合を考えると、本発明の一実施の形態における物理量センサにおいては、シリコーンゲルからなる防振部材７１を検出素子２０の下面とケース６７の内底面からＩＣ４８を介して接続するように設けているため、防振部材７１の粘弾性により、衝撃荷重が加わっても検出素子２０に生じる不要な振動を、前述の如く、図２０に示すように、４１ｋＨｚ付近のゲイン量を約０．００５付近まで減衰させることとなる。
【００５８】
同様に、載置部７２とケース６７との間に設けられた端子７３の減衰により、図１４に示すように、４１ｋＨｚ付近のゲイン量を約０．１付近まで減衰させることとなる。
【００５９】
したがって、防振部材７１と端子７３との双方を重ね合わせた減衰効果により、図１５に示すように、４１ｋＨｚ付近のゲイン量を約０．００５付近まで減衰させることができるものである。
【００６０】
なお、本発明の一実施の形態における物理量センサにおいては、防振部材７１をウレタンゲルとしたが、シリコーンゲルとしても同様の効果を有するものである。
【００６１】
また、本発明の一実施の形態における物理量センサにおいては、防振部材７１をケース６７の内底面に設ける構成としたが、図１６に示すように、ケース６７の内底面から内側面にわたって防振部材７６を設けても同様の効果を有するものである。
【００６２】
また、本発明の一実施の形態における物理量センサにおいては、防振部材７１をある程度容積を有する形状としたが、例えば、接着剤のように薄く設けても同様の効果を有するものである。
【００６３】
なお、本発明の一実施の形態における物理量センサの例としては、角速度を検出する物理量センサについて説明したが、加速度や歪量を検出する物理量センサにも適用できる。しかし、本実施の形態のように、角速度を検出する場合には、駆動方向と検出方向が直交関係であるため、図１に示すように、ケース６７の平面方向の防振構造（端子７３）と厚み方向の防振構造（防振部材７１）の２軸の防振構造により、耐衝撃性を大幅に向上させることができる。さらに、平面方向の防振構造（端子７３）と厚み方向の防振構造（防振部材７１）の減衰周波数を異ならせることにより、駆動周波数と検出周波数の両方の周波数に対して防振性能を向上させることができる。さらに、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれの軸周りの角速度を検出する多軸検出素子の場合は、複数の駆動周波数や検出周波数を有するため、一層の防振効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係る物理量センサは、衝撃荷重が加わった場合であっても、出力信号が変動するということのない、出力信号の精度が向上した物理量センサを提供できるという効果を有するものであり、特に、角速度を検出する耐衝撃性の優れた物理量センサに適用して有用なものである。
【符号の説明】
【００６５】
２０  検出素子
６７  ケース
７１，７６  防振部材
７２  載置部
７３  端子
７４  リードワイヤー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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