(57)【要約】【課題】慣性センサーが重力方向以外の方向に配向された場合は駆動マス位置初期化モジュールによって駆動マスを初期化させ、駆動マスが重力方向に移動する場合はこれをセンシングして重力方向の検出が可能な慣性センサー及び重力方向検出方法を提供する。【解決手段】慣性センサー１００は、駆動マス１１１と、駆動マス１１１を変位可能に支持し且つ移動させる駆動電極、及び駆動マス１１１の移動を感知する感知電極を備える可撓基板部１１２と、駆動マス１１１が浮遊した状態で自由移動ができるように可撓基板部１１２を支持する支持部１１３を含むセンサー部２１０；及び駆動マス１１１の位置を初期化させるために往復運動する位置初期化部材１３１と、位置初期化部材１３１の周りを取り囲むように位置したコイル部１３２とを含む駆動マス位置初期化モジュール１３０を含む。駆動マス１１１は、位置初期化部材１３１に対応する形状の初期化部材収容溝を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動マスと、前記駆動マスを変位可能に支持し且つ前記駆動マスを移動させるための駆動電極、及び前記駆動マスの移動を感知する感知電極を備える可撓基板部と、前記駆動マスが浮遊した状態で自由移動ができるように前記可撓基板部を支持する支持部とを含むセンサー部；及び
前記駆動マスの位置を初期化させるために往復運動する位置初期化部材と、前記位置初期化部材の周りを取り囲むように位置したコイル部とを含む駆動マス位置初期化モジュールを含んでなり、
前記駆動マスは、前記位置初期化部材に対応する形状の初期化部材収容溝を有することを特徴とする、慣性センサー。
【請求項２】
前記コイル部に電流が順方向に印加される場合には、前記位置初期化部材が移動し前記駆動マスの初期化部材収容溝に挿入されて駆動マスの位置は初期化され、
前記コイル部に電流が逆方向に印加される場合には、前記駆動マスの初期化部材収容溝から位置初期化部材が離脱して前記駆動マスは重力方向に移動し、前記感知電極によって駆動マスの重力方向の移動が感知されることを特徴とする、請求項１に記載の慣性センサー。
【請求項３】
前記センサー部は、前記駆動マスの下部をカバーし且つ前記支持部に結合する下部キャップをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の慣性センサー。
【請求項４】
駆動マスと、前記駆動マスを変位可能に支持し且つ前記駆動マスを移動させるための駆動電極、及び前記駆動マスの移動を感知する感知電極を備える可撓基板部と、前記駆動マスが浮遊した状態で自由移動ができるように前記可撓基板部を支持する支持部とを含むセンサー部；及び
前記駆動マスに付着し且つ電子性材料からなる位置初期化プレートと、前記初期化部材に対向するように位置したコイル部とを含む駆動マス位置初期化モジュールを含んでなることを特徴とする、慣性センサー。
【請求項５】
前記センサー部は前記駆動マスの下部をカバーし且つ前記支持部に結合する下部キャップをさらに含み、前記コイル部は前記下部キャップに挿入されたことを特徴とする、請求項４に記載の慣性センサー。
【請求項６】
前記コイル部に電流が印加された場合には、前記駆動マスの下端面が前記下部キャップの上端面に平行となるように前記駆動マスが移動し、
前記コイル部への電流印加が遮断される場合には、前記駆動マスが重力方向に移動し、前記感知電極によって前記駆動マスの重力方向の移動が感知されることを特徴とする、請求項５に記載の慣性センサー。
【請求項７】
磁性体からなる駆動マスと、前記駆動マスを変位可能に支持し且つ前記駆動マスを移動させるための駆動電極、前記駆動マスの移動を感知する感知電極を備える可撓基板部と、前記駆動マスが浮遊した状態で自動移動ができるように前記可撓基板部を支持する支持部とを含むセンサー部；及び
前記駆動マスに対向するように前記支持部に挿入されたコイルからなる駆動マス位置初期化部を含んでなることを特徴とする、慣性センサー。
【請求項８】
前記駆動マス位置初期化部は、前記センサー部の支持部に、ＭＬＣＣ（積層セラミックコンデンサ）製造方法と同様の方法によって挿入積層されたことを特徴とする、請求項７に記載の慣性センサー。
【請求項９】
前記センサー部は前記駆動マスの下部をカバーするために前記支持部の下端部に結合した下部キャップをさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の慣性センサー。
【請求項１０】
前記下部キャップには、駆動マスに対向するように、コイルからなる駆動マス位置初期化部が挿入されたことを特徴とする、請求項９に記載の慣性センサー。
【請求項１１】
前記コイルに電流が印加された場合には、前記駆動マスの下端面が前記下部キャップの上端面に平行となるように前記駆動マスが移動し、
前記コイルへの電流印加が遮断される場合には、前記駆動マスが重力方向に移動し、前記感知電極によって前記駆動マスの重力方向の移動が感知されることを特徴とする、請求項９に記載の慣性センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、慣性センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System)技術を用いた小型、軽量の慣性センサーの製作が容易となるにつれて、慣性センサーは、既存の市場を越えて家電製品へその応用領域が拡大しつつあり、その機能も持続的に発展し、一つのセンサーとして一つの軸に対する慣性力のみを検出することが可能な単軸センサーから、一つのセンサーで２軸以上の多軸に対する慣性力の検出が可能な多軸センサーへその機能が進化している。
【０００３】
このための圧電素子(piezo-electric element)は、電圧が印加されると変形が発生し、外部から力が印加されると電荷が発生するという特徴により、各種アクチュエータやセンサーなどに様々に利用されている。また、このような圧電素子は、Ａｌｎ、ＺｎＯ、ｑｕａｒｔｚなどの多様な材料を使用するが、圧電定数の大きいＰＺＴがいろんな分野で多く用いられている。
【０００４】
一方、低価超小型慣性センサーの実現方式は静電容量方式と圧電方式に大別される。圧電方式は、静電容量方式と比較して、真空パッケージングが不要で常圧パッケージングが可能であるという利点がある。
【０００５】
また、前記慣性センサーの場合、多軸の慣性力、すなわち３軸加速度及び３軸角速度の６軸センサーで実現されるためには、正確且つ効果的な時分割駆動及び制御が要求される。従来の技術に係る慣性センサーの場合、一つの駆動マスを用いて３軸の角速度を検出するために、Ｘ／Ｙ軸方向の駆動とＺ軸方向の駆動を時分割方式で順次駆動し、順次Ｚ軸方向の角速度とＸ、Ｙ軸方向の角速度を検出する。
【０００６】
このように圧電方式を用いた慣性センサーの場合、駆動及びセンシングを同時に実現することにより、静的信号(static signal)に対する検出は可能であるが、ＤＣ信号、すなわち重力方向に対する検出は不可能であるという問題点を抱えている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる問題点を解決するためのもので、その目的は、駆動マスの位置を初期化させる駆動マス位置初期化モジュールを含み、慣性センサーが重力方向以外の方向に位置した場合、駆動マス位置初期化モジュールによって前記駆動マスを初期化させ、前記駆動マスがさらに重力方向に移動する場合、これをセンシングして重力方向の検出が可能な慣性センサー及びこれを用いた重力方向検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１実施例に係る慣性センサーは、駆動マスと、前記駆動マスを変位可能に支持し且つ前記駆動マスを移動させるための駆動電極、及び前記駆動マスの移動を感知する感知電極を備える可撓基板部と、前記駆動マスが浮遊した状態で自由移動ができるように前記可撓基板部を支持する支持部とを含むセンサー部；及び前記駆動マスの位置を初期化させるために往復運動する位置初期化部材と、前記位置初期化部材の周りを取り囲むように位置したコイル部とを含む駆動マス位置初期化モジュールを含んでなり、前記駆動マスは、前記位置初期化部材に対応する形状の初期化部材収容溝を有する。
【０００９】
また、前記コイル部に電流が順方向に印加される場合には、前記位置初期化部材が移動し前記駆動マスの初期化部材収容溝に挿入されて駆動マスの位置は初期化され、前記コイル部に電流が逆方向に印加される場合には、前記駆動マスの初期化部材収容溝から位置初期化部材が離脱して前記駆動マスは重力方向に移動し、前記感知電極によって駆動マスの重力方向の移動が感知される。
【００１０】
また、前記センサー部は、前記駆動マスの下部をカバーすると共に前記支持部に結合する下部キャップをさらに含む。
【００１１】
本発明の第２実施例に係る慣性センサーは、駆動マスと、前記駆動マスを変位可能に支持し且つ前記駆動マスを移動させるための駆動電極、及び前記駆動マスの移動を感知する感知電極を備える可撓基板部と、前記駆動マスが浮遊した状態で自由移動ができるように前記可撓基板部を支持する支持部とを含むセンサー部；及び前記駆動マスに付着し且つ電子性材料からなる位置初期化プレートと、前記初期化部材に対向するように位置したコイル部とを含む駆動マス位置初期化モジュールを含んでなる。
【００１２】
また、前記センサー部は前記駆動マスの下部をカバーすると共に前記支持部に結合する下部キャップをさらに含み、前記コイル部は前記下部キャップに挿入される。
【００１３】
また、前記コイル部に電流が印加された場合には、前記駆動マスの下端面が前記下部キャップの上端面に平行となるように前記駆動マスが移動し、前記コイル部への電流印加が遮断される場合には、前記駆動マスが重力方向に移動し、感知電極によって前記駆動マスの重力方向の移動が感知される。
【００１４】
本発明の第３実施例に係る慣性センサーは、磁性体からなる駆動マスと、前記駆動マスを変位可能に支持し且つ前記駆動マスを移動させるための駆動電極、及び前記駆動マスの移動を感知する感知電極を備える可撓基板部と、前記駆動マスが浮遊した状態で自動移動ができるように前記可撓基板部を支持する支持部とを含むセンサー部；及び前記駆動マスに対向するように支持部に挿入されたコイルからなる駆動マス位置初期化部を含んでなる。
【００１５】
また、前記駆動マス位置初期化部は、前記センサー部の支持部に、ＭＬＣＣ（積層セラミックコンデンサ）製造方法と同様の方法によって挿入積層される。
【００１６】
また、前記センサー部は、前記駆動マスの下部をカバーするために前記支持部の下端部に結合した下部キャップをさらに含む。
【００１７】
また、前記下部キャップには、前記駆動マスに対向するように、コイルからなる駆動マス位置初期化部が挿入される。
【００１８】
また、前記コイルに電流が印加された場合には、前記駆動マスの下端面が前記下部キャップの上端面に平行となるように前記駆動マスが移動し、前記コイルへの電流印加が遮断される場合には、前記駆動マスが重力方向に移動し、感知電極によって前記駆動マスの重力方向の移動が感知される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、駆動マスの位置を初期化させる駆動マス位置初期化モジュールを含み、慣性センサーが重力方向以外の方向に配向された場合、駆動マス位置初期化モジュールによって前記駆動マスを初期化させ、前記駆動マスがさらに重力方向に移動する場合、これをセンシングして重力方向の検出が可能な慣性センサー及びこれを用いた重力方向検出方法を提供するという効果を持つ。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施例に係る慣性センサーの概略断面図である。
【図２】本発明の第２実施例に係る慣性センサーの概略断面図である。
【図３】図２に示した慣性センサーを用いて重力方向を測定する概略使用状態図である。
【図４】図２に示した慣性センサーを用いて重力方向を測定する概略使用状態図である。
【図５】本発明の第３実施例に係る慣性センサーの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の目的、特定の利点および新規の特徴は添付図面に連関する以下の詳細な説明と好適な実施例からさらに明白になるであろう。
【００２２】
これに先立ち、本明細書および請求の範囲に使用された用語または単語は、通常的で辞典的な意味で解釈されてはならず、発明者が自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に基づき、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されなければならない。
【００２３】
本発明において、各図面の構成要素に参照番号を付加するにあたり、同一の構成要素については、他の図面上に表示されても、出来る限り同一の番号を付することに留意すべきであろう。なお、本発明を説明するにおいて、関連した公知の技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を無駄に乱すおそれがあると判断される場合、その詳細な説明は省略する。 
【００２４】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例に係る慣性センサーを詳細に説明する。 
【００２５】
図１は本発明の第１実施例に係る慣性センサーの概略断面図である。図示の如く、前記慣性センサー１００はセンサー部１１０、下部キャップ１２０及び駆動マス位置初期化モジュール１３０を含む。
【００２６】
より具体的に、前記センサー部１１０は駆動マス１１１、可撓基板部１１２及び支持部１１３から構成される。
【００２７】
また、前記可撓基板部１１２は、前記駆動マス１１１を変位可能に支持するためのもので、可撓基板、圧電材料（ＰＺＴ）及び電極を含む。また、前記可撓基板は、シリコン又はＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板からなり、圧電素子及び電極を蒸着することにより、前記駆動マス１１１を移動させるための駆動電極１１２ｂと前記駆動マス２１１の移動を感知するための感知電極１１２ａとが形成される。
【００２８】
前記可撓基板１１２の下部に駆動マス１１１が変位可能に位置し、前記駆動マス１１１は可撓基板部１１２の駆動電極１１２ｂに電圧が印加されることにより移動する。
【００２９】
また、前記駆動マス１１１は、駆動マス位置初期化モジュール１３０によって位置が初期化するように位置初期化部材収容溝１１１ａを有する。
【００３０】
前記支持部１１３は、前記駆動マス１１１が浮遊した状態で自由移動ができるように前記可撓基板部１１２を支持する。
【００３１】
本発明に係る駆動マス１１１及び支持部１１３は、シリコン基板をエッチングして形成することができる。
【００３２】
また、前記下部キャップ１２０は、前記駆動マス１１１の下部をカバーして駆動マスを保護すると同時に、ＡＳＩＣ（図示せず）に前記センサー部１１０を支持・結合させるためのものである。
【００３３】
次に、前記駆動マス位置初期化モジュール１３０は、前記慣性センサーが重力方向に対して傾くように位置した場合、駆動マスが重力方向に傾くように位置するので、傾く前の位置、すなわち最初の位置に初期化させるためのものであって、位置初期化部材１３１及びコイル部１３２を含む。
【００３４】
前記位置初期化部材１３１は、慣性センサー１００が重力方向以外の方向に位置しても、駆動マス１１１の初期化部材収容溝１１１ａに挿入されて駆動マスの位置を初期化させるためのものであって、移動方向に対して前方部が前記駆動マス１１１の初期化部材収容溝１１１ａに対応する形状を有する。
【００３５】
また、前記コイル部１３２は、駆動マスを往復運動させるためのものであって、前記位置初期化部材１３１の周りを取り囲むように位置する。
【００３６】
また、本発明の第１実施例に係る慣性センサー１００は、センサー部の上部を保護するための上部キャップ（図示せず）をさらに含んでなってもよい。
【００３７】
このように構成されることにより、前記コイル部１３２に電流が印加される場合、前記位置初期化部材１３１は電磁気力によって前記駆動マス１１１に対して往復運動が可能となる。
【００３８】
より具体的に、前記コイル部１３２に電流が順方向に印加される場合、前記駆動マス１１１の初期化部材収容溝１１１ａに位置初期化部材１３１が挿入されて駆動マスの位置を初期化させることができる。
【００３９】
また、前記コイル部１３２に電流が逆方向に印加される場合、前記駆動マス１１１の初期化部材収容溝１１１ａから位置初期化部材１３１が離脱して前記駆動マス１１１はさらに重力方向に移動する。この際、センサー部１１０の感知電極は駆動マスの重力方向の移動を感知して重力方向を検出することができる。
【００４０】
図２は本発明の第２実施例に係る慣性センサーの概略断面図である。図２に示すように、前記慣性センサー２００はセンサー部２１０、下部キャップ２２０及び駆動マス位置初期化モジュール２３０を含む。
【００４１】
より具体的に、前記センサー部２１０は、駆動マス２１１、可撓基板部２１２及び支持部２１３から構成される。また、前記可撓基板部２１２は、前記駆動マス２１１を変位可能に支持するためのもので、前記駆動マス２１１を移動させるための駆動電極２１２ｂ、及び前記駆動マス２１１の移動を感知するための感知電極２１２ａが形成される。
【００４２】
前記可撓基板部２１２の下部に駆動マス２１１が変位可能に位置し、前記駆動マス２１１は可撓基板部２１２の前記駆動電極２１２ｂに電圧が印加されることにより移動する。
【００４３】
また、前記駆動マス２１１は、駆動マス位置初期化モジュール２３０によって位置が初期化されるように位置初期化プレート２３２が取り付けられる。
【００４４】
前記支持部２１３は、前記駆動マス２１１が浮遊した状態で自動移動ができるように前記可撓基板部２１２を支持する。
【００４５】
本発明に係る駆動マス２１１及び支持部２１３はシリコン基板をエッチングして形成することができる。
【００４６】
また、前記下部キャップ２２０は、前記駆動マス２１１の下部をカバーして駆動マスを保護すると同時に、ＡＳＩＣ（図示せず）に前記センサー部２１０を支持・結合させるためのものである。前記下部キャップ２２０は、セラミック素材、すなわち低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ：Low Temperature Co-fired Ceramic）などから構成されてもよい。
【００４７】
前記駆動マス位置初期化モジュール２３０は、位置初期化プレート２３２及びコイル部２３１を含む。
【００４８】
前記位置初期化プレート２３２は、慣性センサー２００が重力方向以外の方向に位置しても、前記コイル部２３１との電磁気力によって前記駆動マスの位置を初期化させるためのもので、ニッケル又は電磁性材料(magnetic-conductive material)から構成されてもよい。
【００４９】
前記位置初期化プレート２３２は、前述したように駆動マス２１１に結合し、より具体的には前記下部キャップ２２０に対向する駆動マス２１１の一面に結合できる。
【００５０】
前記コイル部２３１は、前記位置初期化プレート２３２との電磁気力によって駆動マスの位置を初期化させるためのものであって、前記下部キャップ２２０に挿入されるように位置する。これは、駆動マスの位置初期状態が下部キャップ２２０に平行に位置した状態であることを考慮し、駆動マスが重力方向に移動した場合、駆動マスの位置初期状態である、下部キャップ２２０に平行な位置へ移動させるためである。
【００５１】
以下、図３及び図４を参照して、第２実施例に係る慣性センサーの重力方向測定方法について詳細に説明する。
【００５２】
図３及び図４は図２に示した慣性センサーを用いて重力方向を測定する概略使用状態図である。図示の如く、前記慣性センサー２００が矢印表示の重力方向Ｇに対して傾くように位置した場合、駆動マス２１１は位置初期状態ではなく重力方向Ｇに位置する。
【００５３】
この際、駆動マス位置初期化モジュール２３０のコイル部２３１に電流を印加する場合、前記駆動マス２１１の一面に結合した位置初期化プレート２３２は、前記コイル部２３１との電磁気力、すなわち引力によって移動する。前記駆動マス２１１は前記下部キャップ２２０に平行な位置初期状態へ移動する。
【００５４】
前記コイル部２３１に印加された電流を遮断する場合、前記駆動マス２１１は、図３に示すように重力方向Ｇにさらに移動する。この際、センサー部２１０の感知電極２１２ａは駆動マスの重力方向の移動を感知して重力方向を検出することができる。
【００５５】
図５は本発明の第３実施例に係る慣性センサーの概略断面図である。図５に示すように、前記慣性センサー３００はセンサー部３１０及び駆動マス位置初期化部３２０を含む。
【００５６】
より具体的に、前記センサー部３１０は、駆動マス３１１、可撓基板部３１２、支持部３１３及び下部キャップ部３１４から構成される。
【００５７】
また、前記可撓基板部３１２は、前記駆動マス３１１を変位可能に支持するためのもので、前記駆動マス３１１を移動させるための駆動電極３１２ｂ、及び前記駆動マス３１１の移動を感知するための感知電極３１２ａが形成される。
【００５８】
前記可撓基板部３１２の下部に駆動マス３１１が変位可能に位置し、前記駆動マス３１１は可撓基板部３１２の前記駆動電極３１２ｂに電圧が印加されることにより移動する。
【００５９】
前記駆動マス３１１は、駆動マス位置初期化部３２０との電磁気力によって移動できるように磁性体から構成される。
【００６０】
前記支持部３１３は、前記駆動マス３１１が浮遊した状態で自由移動ができるように前記可撓基板部３１２を支持する。
【００６１】
また、前記下部キャップ部３１４は、前記駆動マス３１１の下部をカバーして駆動マスを保護すると同時に、ＡＳＩＣ（図示せず）に前記センサー部３１０を支持・結合させるためのものである。
【００６２】
前記駆動マス位置初期化部３２０は、コイルからなり、前記駆動マス３１１の周囲に位置するように前記支持部３１３及び下部キャップ部３１４に結合する。
【００６３】
本発明の第３実施例に係る慣性センサー３００のセンサー部３１０及び駆動マス位置初期化部３２０は、積層工程によるＭＬＣＣ（積層セラミックコンデンサ）製造方法と同様の方法を用いて製造される。これは本発明の当業者によって容易に実現できる。
【００６４】
このように構成されることにより、前記駆動マス位置初期化部３２０としてのコイルに電流が印加される場合、前記駆動マス３１１は、前記コイルとの電磁気力によって位置初期化される。
【００６５】
また、駆動マス位置初期化部３２０としてのコイルに対して電流印加を遮断する場合、前記駆動マス３１１はさらに重力方向に移動する。この際、センサー部３１０の感知電極３１２ａは駆動マス３１１の重力方向の移動を感知して重力方向を検出することができる。
【００６６】
以上、本発明の好適な実施例について詳細に開示したが、これは本発明を具体的に説明するためのものである。本発明に係る慣性センサーは、これに限定されるものではなく、本発明の技術的思想内において、当該分野における通常の知識を有する者によってその変形又は改良が可能であることは明白であろう。
【００６７】
本発明の単純な変形ないし変更はいずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は特許請求の範囲に明確になるであろう。
【符号の説明】
【００６８】
１００    慣性センサー
１１０    センサー部
１１１    駆動マス
１１２    可撓基板部
１１３    支持部
１２０    下部キャップ
１３０    駆動マス初期化モジュール
１３１    位置初期化部材
１３２    コイル部
２００    慣性センサー
２１０    センサー部
２１１    駆動マス
２１２    可撓基板部
２１３    支持部
２２０    下部キャップ
２３０    駆動マス初期化モジュール
２３１    コイル部
２３２    位置初期化プレート
３００    慣性センサー
３１０    センサー部
３１１    駆動マス
３１２    可撓基板部
３１３    支持部
３１４    下部キャップ部
３２０    駆動マス初期化モジュール
【図１】
2013130560.tif 000003
【図２】
2013130560.tif 000004
【図３】
2013130560.tif 000005
【図４】
2013130560.tif 000006
【図５】
2013130560.tif 000007