(57)【要約】【課題】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センサを提供することを目的としている。【解決手段】錘部２に配置した第１〜第４対向電極１４、１６、１８、２０および第２アーム１０に配置した第１、第２感知電極２６、２８は、圧電層を介在させた上部電極と下部電極とを有し、基板６と固定部４と第１アーム８と第２アーム１０と錘部２とは、下部電極３４よりも高抵抗の非金属材料からなり、加速度検出部では、錘部２に配置した第１〜第４対向電極１４、１６、１８、２０の上部電極と下部電極とを短絡させるとともに、錘部２と基板６の各々の対向面に配置した第１電極間の静電容量を検出して加速度を検出し、角速度検出部はコリオリ力に起因して撓む第２アーム１０の状態変化を第１、第２感知電極２６、２８で検出して角速度を検出する構成である。【選択図】図１
2008203070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度検出部と角速度検出部を有する検出素子を備え、
前記検出素子は、可撓部を介して錘部を連結した固定部と、前記錘部と対向させた基板と、前記錘部と前記基板の各々の対向面に配置した第１電極と、前記可撓部に配置した第２電極とを有し、
前記加速度検出部では、前記錘部と前記基板の各々の対向面に配置した第１電極間の静電容量を検出して加速度を検出しており、前記角速度検出部ではコリオリ力に起因して撓む前記可撓部の状態変化を前記第２電極で検出して角速度を検出しており、
前記錘部に配置した前記第１電極を延長して引き出した信号線を、前記可撓部を介して前記固定部まで配置し、
前記錘部に配置した第１電極およびそれを延長して引き出した信号線は圧電層を介在させた上部電極と下部電極で形成するとともに、前記下部電極間に生じる不要静電容量による検出精度のばらつきを抑制する抑制手段を設けた複合センサ。
【請求項２】
前記抑制手段は、少なくとも、前記第１電極の前記下部電極を同電位にして抑制する手段とした請求項１記載の複合センサ。
【請求項３】
前記抑制手段は、前記可撓部または前記固定部を前記下部電極よりも高抵抗の非金属材料で形成して抑制する手段とした請求項１記載の複合センサ。
【請求項４】
前記抑制手段は、隣接する前記信号線の間にアース線を配置して抑制する手段とした請求項１記載の複合センサ。
【発明の詳細な説明】
【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ョン等、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。
【０００３】
従来、角速度や加速度を検出する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いていた。
【０００４】
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。
【０００５】
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、コリオリ力の発生に伴う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、可動前と比較検知して加速度を検出するものである。
【０００６】
このような角速度センサや加速度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ョン装置等に用いている。
【０００７】
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。
【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】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、小型化を図れないという問題点を有していた。
【０００９】
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センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は、加速度検出部と角速度検出部を有する検出素子を備え、検出素子は、可撓部を介して錘部を連結した固定部と、前記錘部と対向させた基板と、前記錘部と前記基板の各々の対向面に配置した第１電極と、前記可撓部に配置した第２電極とを有し、前記加速度検出部では、前記錘部と前記基板の各々の対向面に配置した第１電極間の静電容量を検出して加速度を検出しており、前記角速度検出部ではコリオリ力に起因して撓む前記可撓部の状態変化を前記第２電極で検出して角速度を検出しており、前記錘部に配置した前記第１電極を延長して引き出した信号線を、前記可撓部を介して前記固定部まで配置し、前記錘部に配置した第１電極およびそれを延長して引き出した前記信号線は圧電層を介在させた上部電極と下部電極で形成するとともに、前記下部電極間に生じる不要静電容量による検出精度のばらつきを抑制する抑制手段を設けた構成である。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成により、加速度検出部によって、錘部と基板の各々の対向面に配置した第１電極間の静電容量を検出して加速度を検出し、角速度検出部によって、コリオリ力に起因して撓む可撓部の状態変化を第２電極で検出し、一つの検出素子で加速度と角速度を検出できるので、実装面積を低減して小型化を図れる。特に、加速度検出部の第１電極と角速度検出部の第２電極とは、圧電層を介在させた上部電極と下部電極とを有しており、同一工程で形成できるので、生産性を向上しつつ小型化を図れる。
【００１２】
特に、下部電極間に生じる不要静電容量による検出精度のばらつきを抑制する抑制手段を設けているので、不要静電容量に起因したＳ／Ｎ比の劣化を抑制できる。特に、信号線が長くなったとしても、Ｓ／Ｎ比の劣化を抑制でき、検出精度を向上できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明の一実施の形態における複合センサの検出素子の分解斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
【００１４】
図１において、本発明の一実施の形態における複合センサは、加速度検出部と角速度検出部を有する検出素子１を備え、この検出素子１は、可撓部を介して錘部２を連結した固定部４と、錘部２と対向させた基板６と、錘部２と基板６の各々の対向面に配置した第１電極と、可撓部に配置した第２電極とを有する。
【００１５】
具体的には、この検出素子１は、第１アーム８を第２アーム１０に略直交方向に連結して形成した２つの直交アームと、２つの第１アーム８の一端を支持する支持部１２と、２つの第１アーム８の他端を接続した枠体形状の固定部４とを有する。第１アーム８の厚みは第２アーム１０の厚みよりも非常に薄く形成しており、第２アーム１０は第２アーム１０自身と対向するまで折曲し、折曲した第２アーム１０の先端部に錘部２を連結している。第１アーム８と支持部１２とは略同一直線上に配置し、第１アーム８および第２アーム１０は検出素子１の中心に対して対称配置している。ここで、可撓部は固定部４と錘部２とを連結する部分を指しており、第１アーム８、第２アーム１０が可撓部に相当する。
【００１６】
また、錘部２に対向させて基板６を配置し、錘部２と基板６の各々の対向面には、第１電極として第１対向電極〜第４対向電極１４、１６、１８、２０を配置している。さらに、互いに対向する一方の２つの第２アーム１０には錘部２を駆動振動させる駆動電極２２および検知電極２４を設けるとともに、互いに対向する他方の２つの第２アーム１０には、第２電極として第２アーム１０の歪を感知する第１感知電極２６、第２感知電極２８を設けている。
【００１７】
さらに、錘部２に配置した第１対向電極〜第４対向電極１４、１６、１８、２０を延長して引き出した信号線（図示せず）を、第２アーム１０および第１アーム８を介して固定部４に設けた電極パッドまで配置している。
【００１８】
上記の錘部２に配置した第１対向電極〜第４対向電極１４、１６、１８、２０、駆動電極２２、検知電極２４、第１感知電極２６、第２感知電極２８は、図２に示すように、圧電層３０を介在させた上部電極３２と下部電極３４とを有し、信号線も同様の構成である。
【００１９】
そして、基板６と固定部４と第１アーム８と第２アーム１０と錘部２とは、下部電極３４よりも高抵抗のシリコン等からなる非金属材料からなり、固定部４と第１アーム８と第２アーム１０と錘部２とを一体成形して、基板６と固定部４とを接合して互いに固定している。
【００２０】
次に、角速度検出部および加速度検出部について説明する。
【００２１】
まず、角速度検出部について説明する。
【００２２】
図３に示すように、互いに直交したＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸において、検出素子１の第１アーム８をＸ軸方向に配置して、第２アーム１０をＹ軸方向に配置した場合、駆動電極２２に共振周波数の交流電圧を印加すると、駆動電極２２が配置された第２アーム１０の支持部１２を起点に第２アーム１０が駆動振動し、それに伴って錘部２も第２アーム１０の対向方向（実線の矢印と点線の矢印で記した駆動振動方向）に駆動振動する。また、４つの第２アーム１０および４つの錘部２の全てが同調して第２アーム１０の対向方向に駆動振動する。この検出素子１における駆動振動方向はＸ軸方向となる。
【００２３】
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２の駆動振動と同調して、錘部２に対して駆動振動方向と直交した方向（実線の矢印と点線の矢印で記したコリオリ方向（Ｙ軸方向））にコリオリ力が発生するので、第２アーム１０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。すなわち、コリオリ力に起因して撓むこの第２アーム１０の状態変化（第２アーム１０に発生した歪）によって、第１、第２感知電極２６、２８から電圧が出力され、この出力電圧に基づき角速度が検出される。
【００２４】
次に、加速度検出部について説明する。
【００２５】
図４に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸において、基板６をＸＹ平面に配置した場合、加速度が発生していなければ、基板６と錘部２の対向面の第１対向電極１４の対向距離（Ｈ１）と、基板６と錘部２との対向面の第２対向電極１６の対向距離（Ｈ２）は等しい。図示していないが、第３対向電極１８の対向距離と第４対向電極２０の対向距離も等しくなる。
【００２６】
このとき、例えば、Ｘ軸方向に加速度が生じた場合、図５に示すように、錘部２は支持部１２を中心にしてＹ軸周りに回転しようとする。この結果、基板６と錘部２の対向面の第１対向電極１４の対向距離（Ｈ１）が小さくなり、基板６と錘部２との対向面の第２対向電極１６の対向距離（Ｈ２）が大きくなる。第３対向電極１８の対向距離と第４対向電極２０の対向距離も同様である。
【００２７】
一方、Ｙ軸方向に加速度が生じた場合も同様に、錘部２は支持部１２を中心にしてＸ軸周りに回転しようとするため、例えば、第３、第４対向電極１８、２０の対向距離が大きくなり、第１、第２対向電極１４、１６の対向距離が小さくなる。すなわち、各々の電極間の静電容量が変化するので、この静電容量の変化に基づいてＸ軸方向またはＹ軸方向の加速度を検出するものである。
【００２８】
上記構成により、加速度検出部によって、錘部２と基板６の各々の対向面に配置した第１電極の静電容量を検出して加速度を検出し、角速度検出部によって、コリオリ力に起因して撓む可撓部の状態変化を第２電極で検出し、一つの検出素子１で加速度と角速度を検出できるので、実装面積を低減して小型化を図れる。また、加速度検出部の第１電極と角速度検出部の第２電極とは、圧電層３０を介在させた上部電極３２と下部電極３４とを有しており、同一工程で形成できるので、生産性を向上しつつ小型化を図れる。
【００２９】
特に、下部電極３４間に生じる不要静電容量による検出精度のばらつきを抑制する抑制手段を設けているので、不要静電容量に起因したＳ／Ｎ比の劣化を抑制できる。信号線が長くなったとしても、Ｓ／Ｎ比の劣化を抑制でき、検出精度を向上できるものである。
【００３０】
なお、不要静電容量が下部電極３４間に発生することによる検出精度のばらつきを抑制する抑制手段としては、可撓部と錘部２と固定部４とを下部電極３４よりも高抵抗の非金属材料で形成する他に、錘部２に配置した第１対向電極〜第４対向電極１４、１６、１８、２０およびそれらを延長して形成した信号線の下部電極３４を同電位にしたり、隣接する信号線の間にアース線を配置したりして、抑制してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に係る加速度センサは、加速度の検出精度を向上できるので、各種電子機器に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施の形態における複合センサの検出素子の分解斜視図
【図２】図１のＡ−Ａ断面図
【図３】角速度発生時における同検出素子の動作状態を示す説明図
【図４】同検出素子の断面図
【図５】加速度発生時における同検出素子の動作状態を示す説明図
【符号の説明】
【００３３】
１  検出素子
２  錘部
４  固定部
６  基板
８  第１アーム
１０  第２アーム
１２  支持部
１４  第１対向電極
１６  第２対向電極
１８  第３対向電極
２０  第４対向電極
２２  駆動電極
２４  検知電極
２６  第１感知電極
２８  第２感知電極
３０  圧電層
３２  上部電極
３４  下部電極
【図１】
2008203070.tif 000003
【図２】
2008203070.tif 000004
【図３】
2008203070.tif 000005
【図４】
2008203070.tif 000006
【図５】
2008203070.tif 000007