Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen
Winkelgeschwindigkeitssensor, der vorzugsweise verwendet wird, um
die Winkelgeschwindigkeit von beispielsweise einem
Drehbauglied und dergleichen zu erfassen.
2. Beschreibung des Stands der Technik
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Ein Winkelgeschwindigkeitssensor des Stands der Technik
wird auf der Grundlage von Fig. 16 bis Fig. 18 beschrieben.
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In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen
Winkelgeschwindigkeitssensor, der durch eine
Mikrobearbeitungstechnologie hergestellt wurde, und das Bezugszeichen 2
bezeichnet ein Substrat, das beispielsweise aus einem
monokristallinen Siliziummaterial mit hohem Widerstandswert
gebildet ist, um den Hauptkörper des
Winkelgeschwindigkeitssensors 1 zu bilden, und das Substrat 2 ist in einer
rechteckigen Blattform gebildet, wie es in den Fig. 16 und 17
gezeigt ist. Aus Gründen der Zweckmäßigkeit wird die
Richtung senkrecht zu der Längsrichtung des Substrats 2 als
eine X-Achsenrichtung bezeichnet und die Dickerichtung
desselben wird hier als eine Z-Achserichtung bezeichnet.
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Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen beweglichen Abschnitt,
der aus Polysilizium mit niedrigem Widerstandswert besteht,
der mit Störstellen wie z. B. P, B, Sb usw. dotiert ist.
Der bewegliche Abschnitt 3 ist auf dem Substrat 2 durch
einen Isolierfilm 4 (siehe Fig. 18) gebildet, der
beispielsweise aus Siliziumoxid oder dergleichen besteht und auf der
Oberfläche des Substrats 2 gebildet ist. Der bewegliche
Abschnitt
3 besteht aus einem Paar von Trageabschnitten 5,
die so befestigt sind, daß sie in einer Y-Achsenrichtung
vier Tragebalken 6 mit Basisenden, die einstückig mit den
jeweiligen Trageabschnitten gebildet sind und sich linear
in der Y-Achsenrichtung erstrecken, und einem etwa
rechteckigen Oszillator 7, der zu den äußersten Enden der
jeweiligen Tragebalken 6 gebildet ist und einstückig mit denselben
ist, gegenüberliegen. Kammförmige Elektroden 8, 8 der
beweglichen Seite, die aus einer Mehrzahl von
Elektrodenplatten 8A bestehen, sind sowohl zu der rechten und linken
Seitenoberfläche des Oszillator 7 in der X-Achsenrichtung
hervorstehend gebildet. Ferner ist der bewegliche Abschnitt 3
so angeordnet, daß nur die jeweiligen Trageabschnitte 5 an
dem Substrat 2 befestigt sind, und die jeweiligen
Tragebalken 6 und der Oszillator 7 parallel mit dem Substrat 2 in
dem Zustand gehalten werden, in dem dieselben von demselben
mit einem vorbestimmten Intervall beabstandet sind, so daß
der Oszillator 7 bezüglich des Substrats 2 in der X-
Achsenrichtung und der Z-Achsenrichtung verschoben werden
kann.
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Die Bezugszeichen 9, 9 bezeichnen kammförmige Elektroden
der festen Seite, die auf dem Substrat 2 angeordnet sind,
so daß sie auf der rechten und der linken Seite des
Oszillators 7 angeordnet sind. Die jeweiligen kammförmigen
Elektroden 9 der festen Seite bestehen aus festen Abschnitten
9A, 9A die sowohl auf der rechten als auch auf der linken
Seite des Oszillators 7 positioniert sind und auf, dem
Substrat 2 angeordnet sind, und einer Mehrzahl von Elektroden-,
platten 9B, die zu den jeweiligen Abschnitten 9A
hervorstehend gebildet sind, um den jeweiligen Elektrodenplatten 8A
der kammförmigen Elektroden 8 der beweglichen Seite
gegenüberzuliegen. Dann liegt, wie in Fig. 17 gezeigt, die
kammförmige Elektrode 8 der beweglichen Seite der kammförmigen
Elektrode 9 der festen Seite über ein Intervall gegenüber,
und die jeweiligen Elektrodenplatten 8A und die jeweiligen
Elektrodenplatten 9B sind abwechselnd in einem getrennten
Zustand angeordnet, so daß sie ineinander greifen.
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Die Bezugszeichen 10, 10 bezeichnen Schwingungserzeuger,
die als Schwingungserzeugungseinrichtung dienen, und jeder
von ihnen besteht aus der kammförmigen Elektrode 8 der
beweglichen Seite und der kammförmigen Elektrode 9 der festen
Seite. Wenn ein Schwingungstreibersignal mit einer Frequenz
f abwechselnd an die jeweiligen Schwingungserzeuger 10
angelegt wird, wird zwischen den jeweiligen Elektrodenplatten
8A, 9B eine elektrostatische Anziehungskraft abwechselnd in
einer entgegengesetzten Richtung erzeugt, und der
Oszillator 7 wird durch die elektrostatische Anziehungskraft in
der X-Achsenrichtung in Schwingung versetzt, wie es durch
einen Pfeil A gezeigt ist.
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Das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine
Substratseitenelektrode, die auf dem Substrat 2 gebildet ist. Wie in Fig. 18
gezeigt, ist die Substratseitenelektrode 11 gebildet, um
Leitfähigkeit aufzuweisen, indem dieselbe dicht mit
Störstellen wie z. B. P, Sb, usw. auf der Oberfläche desselben
dotiert ist, und ist unterhalb des Oszillators 7
positioniert und liegt dem Oszillator 7 in dem Zustand gegenüber,
in dem dieselbe von demselben mit einem vorbestimmten
Intervall beabstandet ist.
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Das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine
Verschiebungserfassungseinheit, die als Verschiebungserfassungseinrichtung
dient, die aus dem Oszillator 7 und der
Substratseitenelektrode 11 besteht, und die Änderung des Intervalls zwischen
dem Oszillator 7 und der Substratseitenelektrode 11 in der
Z-Achsenrichtung als die Änderung der Kapazität zwischen
denselben erfaßt.
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Wenn bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor 1, der wie oben
beschrieben angeordnet ist, das Schwingungstreibersignal
mit der Frequenz f, das als eine Gegenphase wirkt, an die
jeweiligen Schwingungserzeuger 10 angelegt wird, wird der
Oszillator 7 bezüglich des Substrats 2 in der X-
Achsenrichtung in Schwingung versetzt, wie es durch den
Pfeil A von Fig. 16 gezeigt ist, und wenn eine
Winkelgeschwindigkeit Ω an das Substrat 2 in diesem Zustand
angelegt wird, wobei die Y-Achse als eine Drehachse verwendet
wird, wird eine Coriolis-Kraft (Trägheitskraft) F
abwechselnd in der Z-Achsenrichtung auf den Oszillator 7
ausgeübt, die proportional zu der Winkelgeschwindigkeit Ω ist.
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Als Folge wird der Oszillator 7 in der Z-Achsenrichtung in
Schwingung versetzt, mit einer Amplitude, die proportional
zu der Coriolis-Kraft F ist, und die Winkelgeschwindigkeit
Ω, die um die Y-Achse angelegt ist, wird durch Erfassen
der Änderung bei der Amplitude (Verschiebung) der
Schwingung als die Änderung der Kapazität zwischen dem Oszillator
7 und der Substratseitenelektrode 11 durch die
Verschiebungserfassungseinheit 12 erfaßt.
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Da ferner die Coriolis-Kraft F, die auf den Oszillator 7
wirkt, ebenfalls proportional zu der Größe der Amplitude
ist, die von der Schwingung in der Richtung des Pfeils A
resultiert, die in der X-Achsenrichtung erzeugt wird, kann
der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 die
Winkelgeschwindigkeit Ω um die Y-Achse mit einer exakten Genauigkeit
erfassen, indem die Frequenz f des anzulegenden
Schwingungstreibersignals etwa gleich der dynamischen Resonanzfrequenz des
Oszillators 7 gemacht wird, um die Verschiebung des
Oszillators 7 in der Z-Achsenrichtung zu erhöhen, die durch die
Coriolis-Kraft F bewirkt wird, wobei der Oszillator 7 in
der X-Achsenrichtung stark in Schwingung versetzt wird.
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Nebenbei bemerkt ist der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 bei
dem vorher erwähnten Stand der Technik angeordnet, um eine
Winkelgeschwindigkeit um nur eine Achse, wie z. B. die X-
Achse, zu erfassen. Zur Zeit wird jedoch eine
Erfassungsgenauigkeit verbessert durch Erfassen von
Winkelgeschwindigkeiten um zwei Achsen, die senkrecht zueinander sind, bei
Anwendungen wie z. B. Verhinderung von Schwingung, die bei
Videokameras von Hand verursacht wird, die Erfassung von
Winkeln bei der Autonavigation und dergleichen, folglich
werden zwei Winkelgeschwindigkeitssensoren verwendet, von
denen jeder eine Winkelgeschwindigkeit um eine Achse
erfaßt, wobei die Erfassungsachsen dieser
Winkelgeschwindigkeitssensoren senkrecht zueinander angeordnet sind.
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Daher wird bei dem vorher erwähnten
Winkelgeschwindigkeitssensor 1 erwägt, die beiden Winkelgeschwindigkeitssensoren
an 1 so anzuordnen, daß die Erfassungsachsen derselben
senkrecht zueinander sind, um Winkelgeschwindigkeiten um
zwei Achsen zu erfassen, die senkrecht zueinander sind. Bei
einer solchen Anordnung gibt es jedoch das Problem, daß es
sehr schwierig ist, die Achsen mit einer exakten
Genauigkeit anzuordnen, wobei der Herstellungsertrag geringer ist,
und die Größe von Videokameras und dergleichen wird erhöht,
da ein Raum, in dem die Winkelgeschwindigkeitssensoren 1
befestigt werden, auf einer gedruckten Schaltungsplatte
benötigt wird. Obwohl es ferner ebenfalls erwägt wird, die
beiden Winkelgeschwindigkeitssensoren 1 auf dem Substrat 2
zu bilden, so daß die Erfassungsachsen desselben senkrecht
zueinander sind, gibt es das Problem, daß der Bereich des
Substrats 2 vergrößert ist, und die Miniaturisierung des
Winkelgeschwindigkeitssensors 1 wird erschwert, und die
Herstellungskosten erhöht.
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Da ferner die Resonanzfrequenz des Oszillators 7 einen
bestimmten Abweichungsgrad aufweist, wenn die Oszillatoren 7
der obigen jeweiligen Winkelgeschwindigkeitssensoren 1 ein
unterschiedliche Resonanzfrequenz aufweisen, ist ein
Schwingungstreibersignalerzeugungsschaltung für jeden der
Winkelgeschwindigkeitssensoren 1 notwendig, durch die der
Substratbereich der erzeugenden Schaltungen erhöht ist.
Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die die Probleme
des Stands der Technik berücksichtigt, ist es, einen
Winkelgeschwindigkeitssensor zu schaffen, der in der Lage ist,
Winkelgeschwindigkeiten um zwei horizontale Achsen zu
erfassen, die senkrecht zueinander sind.
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Um die vorher erwähnten Probleme zu lösen, umfaßt ein
Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einem Aspekt der
vorliegenden Erfindung ein Substrat, Trageabschnitte, die auf dem
Substrat angeordnet sind, Tragebalken, die jeweils ein
Basisende aufweisen, das an jedem der Trageabschnitte
angeordnet ist, einen Oszillator, der an den äußersten
Endseiten der Tragebalken angeordnet ist, in dem Zustand, in dem
derselbe von der Oberfläche des Substrats beabstandet ist,
um sich bezüglich des Substrats in drei Achsenrichtungen,
die aus einer X-Achsenrichtung, einer Y-Achsenrichtung und
einer Z-Achsenrichtung bestehen, zu verschieben, einer
Schwingungserzeugungseinrichtung zum Schwingen des
Oszillators in der Z-Achsenrichtung und eine
Verschiebungserfassungseinrichtung zum Erfassen der Menge der Verschiebung
des Oszillators, wenn der Oszillator durch eine
Winkelgeschwindigkeit um die X-Achse oder die Y-Achse in der Y-
Achsenrichtung oder der X-Achsenrichtung verschoben wird,
in dem Zustand, in dem durch die
Schwingungserzeugungseinrichtung in der Z-Achsenrichtung Schwingung an den
Oszillator angelegt wird.
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Wenn bei der obigen Anordnung beispielsweise eine
Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse angelegt wird in dem Zustand,
in dem der Oszillator durch die
Schwingungserzeugungseinrichtung in der Z-Achsenrichtung in Schwingung versetzt
wird, wird der Oszillator durch Empfangen einer Coriolis-
Kraft in der X-Achsenrichtung verschoben und die
Verschiebungserfassungseinrichtung erfaßt die Verschiebung des
Oszillators als eine Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse,
die zu der Winkelgeschwindigkeit hinzugefügt ist. Wenn
andererseits eine Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse
angelegt wird, wird der Oszillator durch Empfangen einer
Coriolis-Kraft in der Y-Achsenrichtung verschoben, und die
Verschiebungserfassungseinrichtung erfaßt die Verschiebung des
Oszillators in der Y-Achsenrichtung als eine Winkelgeschwindigkeit,
die um die X-Achse des
Winkelgeschwindigkeitssensors angelegt ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
ist ein Winkelgeschwindigkeitssensor derart angeordnet, daß
die Schwingungserzeugungseinrichtung aus einem Oszillator,
der in einer Rahmenform gebildet ist, und einer
säulenförmigen Elektrode besteht, die in dem Oszillator positioniert
ist, so daß dieselbe an dem Substrat befestigt ist und in
einer Säulenform gebildet ist mit einer Höhe, die geringer
ist als die Höhe des Oszillators.
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Wenn bei der obigen Anordnung ein Schwingungstreibersignal
mit einer vorbestimmten Frequenz zwischen dem
rahmenförmigen Oszillator und der säulenförmigen Elektrode angelegt
wird, wird zwischen dem Oszillator und der säulenförmigen
Elektrode eine elektrostatische Anziehungskraft erzeugt und
wirkt in der Richtung, in der der effektive Bereich
zwischen dem Oszillator und der säulenförmigen Elektrode
erhöht ist, und als Folge wird der Oszillator zu der
Substratseite angezogen und die Wiederholung des obigen
Vorgangs bewirkt, daß der Oszillator in der Z-Achsenrichtung
in Schwingung versetzt wird.
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Da die Schwingungserzeugungseinrichtung gemäß noch einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung aus einem
piezoelektrischen Bauglied besteht, das auf der unteren
Oberfläche des Substrats befestigt ist, wiederholt dasselbe, wenn
ein Schwingungstreibersignal an das piezoelektrische
Bauglied angelegt wird, die Ausdehnung und Zusammenziehung in
der Z-Achsenrichtung, um dadurch Schwingung zu dem Substrat
zu erzeugen, so daß der Oszillator, der auf dem Substrat
gebildet ist, durch die Schwingung in der Z-Achsenrichtung
in Schwingung versetzt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist
ein Winkelgeschwindigkeitssensor so angeordnet, daß die
Verschiebungserfassungseinrichtung eine X-Achsenrichtungverschiebungserfassungseinrichtung
aus einer ersten
Elektrode der beweglichen Seite, die in der X-Achsenrichtung
des Oszillators gebildet ist, und einer ersten Elektrode
der festen Seite, die zu dem Substrat gebildet ist, um der
ersten Elektrode der beweglichen Seite gegenüberzuliegen,
und eine Y-Achsenrichtung-
Verschiebungserfassungseinrichtung aus einer zweiten
Elektrode der beweglichen Seite, die in der Y-Achsenrichtung
des Oszillators gebildet ist und einer zweiten Elektrode
der festen Seite, die auf dem Substrat gebildet ist, um der
zweiten Elektrode der beweglichen Seite gegenüberzuliegen,
bildet.
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Wenn bei der obigen Anordnung beispielsweise eine
Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse in dem Zustand angelegt wird,
in dem der Oszillator durch die
Schwingungserzeugungseinrichtung in der Z-Achsenrichtung in Schwingung versetzt
wird, wird der Oszillator durch Empfangen einer Coriolis-
Kraft in der X-Achsenrichtung verschoben, die Verschiebung
erscheint als die Änderung des effektiven Bereichs oder
Intervalls zwischen der ersten Elektrode der beweglichen
Seite und der ersten Elektrode der festen Seite und die X-
Achsenrichtung-Verschiebungserfassungseinrichtung erfaßt
die Änderung als die Änderung der Kapazität. Wenn
andererseits eine Winkelgeschwindigkeit um die X-Achse angelegt
wird, wird der Oszillator durch Empfangen einer Coriolis-
Kraft in der Y-Achsenrichtung verschoben, wobei die
Verschiebung als die Änderung des effektiven Bereichs oder
Intervalls zwischen der zweiten Elektrode der beweglichen
Seite und der zweiten Elektrode der festen Seite erscheint,
wobei die Y-Achsenrichtung-
Verschiebungserfassungseinrichtung die Änderung als die
Änderung der Kapazität erfaßt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen
Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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Fig. 2 ist eine Draufsicht, wenn der
Winkelgeschwindigkeitssensor in Fig. 1 von einer Oberseite
betrachtet wird;
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Fig. 3 ist longitudinale Querschnittsansicht des
Winkelgeschwindigkeitssensors, wenn derselbe in der
Richtung des Pfeils III-III in Fig. 2 betrachtet
wird;
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Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die einen
Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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Fig. 5 ist eine Draufsicht, wenn der
Winkelgeschwindigkeitssensor in Fig. 4 von einer Oberseite
betrachtet wird;
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Fig. 6 ist eine longitudinale Querschnittsansicht des
Winkelgeschwindigkeitssensors, wenn derselbe in
der Richtung des Pfeils VI-VI in Fig. 5
betrachtet wird;
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Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die einen
Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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Fig. 8 ist eine Draufsicht, wenn der
Winkelgeschwindigkeitssensor in Fig. 7 von einer Oberseite
betrachtet wird;
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Fig. 9 ist eine longitudinale Querschnittsansicht des
Winkelgeschwindigkeitssensors, wenn derselbe in
der Richtung des Pfeils IX -IX in Fig. 8
betrachtet wird;
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Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht, die einen
Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einem vierten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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Fig. 11 ist eine Draufsicht, wenn der
Winkelgeschwindigkeitssensor in Fig. 10 von einer Oberseite
betrachtet wird;
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Fig. 12 ist eine longitudinale Querschnittsansicht des
Winkelgeschwindigkeitssensors, wenn derselbe in
der Richtung des Pfeils XII - XII in Fig. 11
betrachtet wird;
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Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht, die einen
Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einem fünften
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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Fig. 14 ist eine Draufsicht, wenn der
Winkelgeschwindigkeitssensor in Fig. 13 von einer Oberseite
betrachtet wird;
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Fig. 15 ist eine longitudinale Querschnittsansicht des
Winkelgeschwindigkeitssensors, wenn derselbe in
der Richtung des Pfeils XV-XV in Fig. 14
betrachtet wird;
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Fig. 16 ist eine perspektivische Ansicht, die einen
Winkelgeschwindigkeitssensor des Stands der Technik
zeigt;
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Fig. 17 ist eine Draufsicht, wenn der
Winkelgeschwindigkeitssensor in Fig. 16 von einer Oberseite
betrachtet wird; und
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Fig. 18 ist eine longitudinale Querschnittsansicht des
Winkelgeschwindigkeitssensors, wenn derselbe in
der Richtung des Pfeils XVIII-XVIII in Fig. 17
betrachtet wird.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden
nachfolgend gemäß den beiliegenden Zeichnungen näher
beschrieben, wobei Fig. 1 bis Fig. 15 diese
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
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Zunächst ist ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel in den Fig. 1 bis Fig. 3
gezeigt.
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In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 21 einen
Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß der vorliegenden
Erfindung und das Bezugszeichen 22 bezeichnet ein Substrat, das
ähnlich ist wie das des Stands der Technik, auf dem jeweils
der Winkelgeschwindigkeitssensor 21 gebildet ist. Wie in
Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt, ist das Substrat beispielsweise
aus monokristallinem Siliziummaterial mit hohem
Widerstandswert gebildet, das in einer quadratischen Blattform
gebildet ist. Aus Gründen der Zweckmäßigkeit werden die
Achsen, die in der Richtung horizontal zu dem Substrat 22
senkrecht zueinander sind, als X-Achsenrichtung bzw. Y-
Achsenrichtung bezeichnet, und eine Richtung vertikal zu
dem Substrat 22 wird, wie in Fig. 1 gezeigt, als Z-
Achsenrichtung bezeichnet.
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Das Bezugszeichen 23 bezeichnet einen beweglichen
Abschnitt, der auf dem Substrat 22 gebildet ist. Wie in Fig.
1 gezeigt, ist der bewegliche Abschnitt 23 durch Ätzen
beispielsweise eines Polysiliziumfilms mit niedrigem
Widerstandswert gebildet und besteht aus vier Trageabschnitten
24, die auf dem Substrat 22 gebildet sind, um an den vier
Ecken desselben vier L-förmige Tragebalken 25 zu
positionieren, von denen jeder ein Basisende aufweist, das an
jedem der Trageabschnitte 24 angeordnet ist, und ein
äußerstes Ende, das zu der Mitte des Substrats 22 gebildet ist,
und einen rahmenförmigen Oszillator 26, der durch die
äußersten Enden der jeweiligen Tragebalken 25 getragen wird,
um sich in drei Achsenrichtungen, d. h. die X-Achsen- und
Y-Achsenrichtung als die Richtungen parallel zu dem
Substrat 22 und die Z-Achsenrichtung vertikal zu demselben zu
verschieben. Ferner ist der bewegliche Abschnitt 23 so
angeordnet, daß nur die jeweiligen Trageabschnitte 24 auf dem
Substrat 22 befestigt sind, und die jeweiligen Tragebalken
25 und der Oszillator 26 werden in dem Zustand gehalten, in
dem dieselben von der Oberfläche des Substrats 22
beabstandet sind.
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Wie in Fig. 2 gezeigt, erstreckt sich jeder der Tragebalken
25 von jedem der Trageabschnitte 24 und ist dadurch
gebildet, daß derselbe in der L-Form gebogen ist mit einem
Abschnitt, der parallel zu der X-Achse ist und einem
Abschnitt, der parallel zu der Y-Achse ist. Bei dieser
Anordnung bewirkt das Biegen der Abschnitte, die parallel zu der
X-Achse der jeweiligen Tragebalken 25 sind, daß sich der
Oszillator 26 in der Y-Achsenrichtung verschiebt, während
das Biegen der Abschnitte, die parallel zu der Y-Achse
sind, bewirkt, daß sich der Oszillator 26 in der X-
Achsenrichtung verschiebt, und es die jeweiligen
Tragebalken 25 dem Oszillator 26 auch erlauben, sich in der Z-
Achsenrichtung zu verschieben. Bei dieser Anordnung ist der
Oszillator 26 getragen, so daß derselbe bezüglich des
Substrats 22 durch die jeweiligen Tragebalken 25 in den drei
Achsenrichtungen oder der X-Achsen-, der Y-Achsen- und der
Z-Achsenrichtung verschoben werden kann.
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Ferner ist der Oszillator 26 in der quadratischen
Rahmenform gebildet, wobei die vier Scheitelpunkte desselben
jeweils mit dem Tragebalken 25 verbunden sind, und die
äußeren Seitenoberflächen 33A einer säulenförmigen Elektrode
33, die nachfolgend beschrieben werden, sind auf den vier
Innenoberflächen 26A des Oszillators 26 angeordnet, wobei
zwischen denselben gleiche Intervalle definiert sind.
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Die Bezugszeichen 27, 27 bezeichnen erste kammförmige
Elektroden der beweglichen Seite, die angeordnet sind, um sich
an der rechten und linken äußeren Peripherie des
Oszillators 26 zu befinden, und jede der ersten kammförmigen
Elektroden 27 der beweglichen Seite besteht aus fünf
blattförmigen Elektrodenplatten 27A, die sich jeweils in der X-
Achsenrichtung erstrecken.
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Die Bezugszeichen 28, 28 bezeichnen zweite kammförmige
Elektroden der beweglichen Seite, die angeordnet sind, um
sich an der vorderen und hinteren äußeren Peripherie des
Oszillators 26 zu befinden, und jede der zweiten
kammförmigen Elektroden 28 der beweglichen Seite besteht aus fünf
blattförmigen Elektrodenplatten 28A, die sich jeweils in
der Y-Achsenrichtung erstrecken. Die zweiten kammförmigen
Elektroden 28 der beweglichen Seite sind senkrecht zu den
ersten kammförmigen Elektroden 27 der beweglichen Seite und
dieselben sind abwechselnd entlang der vier Seiten des
Oszillators 26 angeordnet.
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Die Bezugszeichen 29, 29 bezeichnen erste kammförmige
Elektroden der festen Seite, die angeordnet sind, um sich an
der rechten und linken äußeren Peripherie des Oszillators
26 auf dem Substrat 22 zu befinden. Die jeweiligen
Elektroden 29 bestehen aus festen Abschnitten 29A, 29A, die auf
dem Substrat angeordnet sind, um sich sowohl auf der
rechten und linken Seite des Oszillators 26 zu befinden, und
jeweils sechs blattförmigen Elektrodenplatten 29B, die von
den jeweiligen festen Abschnitten 29A hervorstehen, um den
jeweiligen Elektrodenplatten 27A der ersten kammförmigen
Elektroden 27 der beweglichen Seite gegenüberzuliegen.
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Die Bezugszeichen 30, 30 bezeichnen zweite kammförmige
Elektroden der festen Seite, die auf dem Substrat 22
angeordnet sind, um sich auf der Vorder- und Rückseite des
Oszillators 26 zu befinden, und die jeweiligen Elektroden 30
bestehen aus festen Abschnitten 30A, 30A, die auf dem
Substrat angeordnet sind, um sich auf der Vorder- und
Rückseite des Oszillators 26 befinden, und jede der sechs
blattförmigen Elektrodenplatten 30B steht von dem festen
Abschnitt 30A hervor, um den jeweiligen Elektrodenplatten 28A
der zweiten kammförmigen Elektroden 28 der beweglichen
Seite gegenüberzuliegen.
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Die Bezugszeichen 31, 31 bezeichnen X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten, die als eine X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinrichtung dienen, wobei jede der
Erfassungseinheiten 31 aus der ersten kammförmigen
Elektrode 27 der beweglichen Seite und der ersten kammförmigen
Elektrode 29 der festen Seite besteht, gleiche Intervalle
sind zwischen den jeweiligen Elektrodenplatten 27A der
ersten kammförmigen Elektrode 27 der beweglichen Seite und
den jeweiligen Elektrodenplatten 29B der ersten
kammförmigen Elektrode 29 der festen Seite definiert, und ein
Erfassungskondensator mit parallelen Flachplatten besteht aus
den ersten kammförmigen Elektroden 27 der beweglichen Seite
und den ersten kammförmigen Elektroden 29 der festen Seite.
Ferner erfassen die X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 31 die Änderung des
wirksamen Bereichs zwischen den jeweiligen Elektrodenplatten
27A, 29A als die Änderung der Kapazität. Zusätzlich sind
die Ausgangsseiten der rechten und der linken X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheit 31 verbunden, um den Unterschied
zwischen den Ausgangssignalen von denselben zu
berechnen.
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Die Bezugszeichen 32, 32 bezeichnen Y-Achsen-
Verschiebungserfassungseinrichtungen, die als Y-Achsen-
Verschiebungserfassungseinrichtung dienen, wobei jede der
Erfassungseinheiten 32 aus der zweiten kammförmigen
Elektrode 28 der beweglichen Seite und der zweiten kammförmigen
Elektrode 30 der festen Seite besteht, gleiche Intervalle
zwischen den jeweiligen Elektrodenplatten 28A der zweiten
kammförmigen Elektrode 28 der beweglichen Seite und den
jeweiligen Elektrodenplatten 30B der zweiten kammförmigen
Elektrode 30 der festen Seite definiert sind, und ein
Erfassungskondensator mit parallelen Flachplatten besteht aus
den zweiten kammförmigen Elektroden 28 der beweglichen
Seite und den zweiten kammförmigen Elektroden 30 der festen
Seite. Ferner erfassen die Y-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 32 die Änderung des
effektiven Bereichs zwischen den jeweiligen Elektrodenplatten
28A, 30B als die Änderung der Kapazität. Außerdem sind die
Ausgangsseiten der vorderen und hinteren Y-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheit 32 verbunden, um den
Unterschied zwischen den Ausgangssignalen derselben zu
berechnen.
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Danach bezeichnet das Bezugszeichen 33 eine säulenförmige
Elektrode, die an dem Substrat 22 in der Mitte desselben
befestigt ist. Die säulenförmige Elektrode ist aus einem
quadratischen säulenförmigen Siliziummaterial mit niedrigen.
Widerstandswert gebildet, und zwischen den vier
Außenoberflächen 33A der säulenförmigen Elektrode 33 und den vier
Innenoberflächen 26A des Oszillators 26 sind jeweils
gleiche Intervalle eingestellt. Wenn angenommen wird, daß die
Höhe des Oszillators 26 d1 ist, und die Höhe der
säulenförmigen Elektrode 33 d2 bezüglich des Substrats 22
ist, ist die Höhe d2 der säulenförmigen Elektrode 33 etwas
kürzer gebildet als die Höhe d1 des Oszillators 26, und
zwar um Δd (siehe Fig. 3).
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Das Bezugszeichen 34 bezeichnet einen Schwingungsgenerator,
der als eine Schwingungserzeugungseinrichtung dient, die
aus dem rahmenförmigen Oszillator 26 und der säulenförmigen
Elektrode 33 besteht, die innen in dem Oszillator 26
angeordnet ist,. Da die vier Innenoberflächen 26A des
Oszillators 26 gleichermaßen von den vier Außenoberflächen der
säulenförmigen Elektrode 33 beabstandet sind, wird zwischen
dem Oszillator 26 und der säulenförmigen Elektrode 33 eine
elektrostatische Anziehungskraft erzeugt durch Anlegen
eines Schwingungstreibersignals mit einer vorbestimmten
Frequenz zwischen denselben, und die elektrostatische
Anziehungskraft wirkt in der Richtung, in der der effektive
Bereich zwischen dem Oszillator 26 und der säulenförmigen
Elektrode 33 erhöht ist. Bei diesem Vorgang wird der
Oszillator 26 zu der Position an der der Oszillator 26 im
wesentlichen so hoch ist wie die säulenförmige Elektrode 33,
um Δd erhöht. Dieser Vorgang wird mit jeder vorbestimmten
Frequenz wiederholt, um dadurch den Oszillator 26 in der Z-
Achsenrichtung in Schwingung zu versetzen.
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Es ist anzumerken, daß die vorliegende Erfindung bewirkt,
daß der Oszillator 26 in Resonanz ist, so daß die Amplitude
des Oszillators 26 in der Z-Achsenrichtung erhöht ist,
durch Bilden des beweglichen Abschnitts 23 derart, daß die
natürliche Frequenz des Oszillators 26 mit der Frequenz des
Schwingungstreibersignals übereinstimmt.
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Der Winkelgeschwindigkeitssensor 21 dieses
Ausführungsbeispiels ist wie oben beschrieben angeordnet und ein
Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorgang wird nachfolgend
beschrieben.
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Zunächst, wenn ein Schwingungstreibersignal an den
Schwingungsgenerator 34 angelegt wird, wird zwischen dem
Oszillator 26 und der säulenförmigen Elektrode 33 eine
elektrostatische Anziehungskraft erzeugt, und der Oszillator 26 wird
durch die elektrostatische Anziehungskraft in der Z-
Achsenrichtung in Schwingung versetzt.
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Wenn eine Winkelgeschwindigkeit ΩY in diesem Zustand
beispielsweise um die Y-Achse angelegt wird, wird eine
Coriolis-Kraft in der X-Achsenrichtung zu dem Oszillator 26
erzeugt, der in der X-Achsenrichtung verschoben werden kann,
proportional zu der Größe der Winkelgeschwindigkeit ΩY und
der Amplitude des Oszillators 26.
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Als Folge wird der Oszillator 26 durch die Coriolis-Kraft F
in der X-Achsenrichtung in Schwingung versetzt, so daß die
jeweiligen Elektrodenplatten 27A von einer der ersten
kammförmigen Elektroden 27 der ersten beweglichen Seite in der
Richtung (X-Achsenrichtung) in Schwingung versetzt werden,
in der das Ineinandergreifen derselben mit den jeweiligen
Elektrodenplatten 29B von einer der ersten kammförmigen
Elektroden 29 der festen Seite tiefer gemacht ist, außerdem
werden die jeweiligen Elektrodenplatten 27A der anderen der
ersten kammförmigen Elektroden 27 der beweglichen Seite in
der Richtung in Schwingung versetzt, in der das
Ineinandergreifen derselben mit den jeweiligen Elektrodenplatten
29B der anderen der ersten kammförmigen Elektrode 29 der
festen Seite flacher gemacht ist, gemäß der Verschiebung
des Oszillators 26, um dadurch die effektiven Bereiche zu
ändern. Mit diesem Vorgang können die X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 31 die
Winkelgeschwindigkeit ΩY um die Y-Achse durch Erfassen der Änderung der
effektiven Bereiche von den Elektrodenplatten 27A, 29B als
die Änderung der Kapazität erfassen.
-
Da ferner die effektiven Bereiche als die
Differenzkapazität zwischen der rechten und linken X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheit 31, 31 und als die
Differenzkapazität zwischen der vorderen und hinteren Y-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 32, 32 erfaßt werden,
werden die Ausgangssignale von den jeweiligen X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 31 auf Basis der Differenzkapazität
als große Ausgangssignale ausgegeben.
Wohingegen die Ausgangssignale von den jeweiligen Y-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 32 auf der Basis der
Differenzkapazität gleich 0 gemacht werden. Ferner wird die
gesamte Differenzkapazität aufgehoben, wenn die jeweiligen
X-Achsen-Verschiebungserfassungseinheiten 31 und die
jeweiligen Y-Achsen-Verschiebungserfassungseinheiten 32 in
der Z-Achsenrichtung verschoben werden, so daß die
Ausgangssignale gleich 0 gemacht werden.
-
Wenn dagegen eine Winkelgeschwindigkeit ΩX um die X-Achse
angelegt wird, wird in der Y-Richtung eine Coriolis-Kraft
an dem Oszillator 26 erzeugt, der in der Y-Achsenrichtung
verschoben werden kann, proportional zu der Größe der
Winkelgeschwindigkeit ΩX und der Amplitude des Oszillators
26.
-
Als Folge wird der Oszillator 26 durch die Coriolis-Kraft F
in der Y-Achsenrichtung in Schwingung versetzt, so daß die
jeweiligen Elektrodenplatten 28A von einer der zweiten
kammförmigen Elektroden der beweglichen Seite in der
Richtung (X-Achsenrichtung) in Schwingung versetzt werden, in
der das Ineinandergreifen derselben mit den
Elektrodenplatten 30B von einer der zweiten Elektroden 30 der festen
Seite tiefer gemacht ist, außerdem werden die
Elektrodenplatten 28A der anderen der zweiten kammförmigen Elektroden 28
der beweglichen Seite in der Richtung in Schwingung
versetzt, in der das Ineinandergreifen derselben mit den
Elektrodenplatten 30B von der anderen der zweiten kammförmigen
Elektrode 30 der festen Seite flacher gemacht istr gemäß
der Verschiebung des Oszillators 26, um dadurch die
effektiven Bereiche zu ändern. Bei diesem Vorgang können die Y-
Achsen-Verschiebungserfassungseinheiten 32 die
Winkelgeschwindigkeit ΩX um die X-Achse durch Erfassen der
Änderung der effektiven Bereiche der Elektrodenplatten 28A, 30B
als die Änderung der Kapazität erfassen.
-
Da ferner die wirksamen Bereiche als die Differenzkapazität
zwischen der rechten und linken X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheit 31, 31 und als die
Differenzkapazität zwischen der vorderen und der hinteren Y-
Achsen-Verschiebungserfassungseinheit 32, 32 erfaßt werden,
sind die Ausgangssignale von den jeweiligen X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 31 auf der Basis der
Differenzkapazität gleich 0 gemacht, während die
Ausgangssignale von den jeweiligen Y-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 32 auf der Basis der
Differenzkapazität als große Signale ausgegeben werden.
-
Bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor 21 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel können jedoch die X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 31 die Verschiebung in der
X-Achsenrichtung erfassen, die durch die Coriolis-Kraft
gemäß der Winkelgeschwindigkeit ΩY um die Y-Achse bewirkt
wurde, und die Y-Achsen-Verschiebungserfassungseinheiten 32
können die Verschiebung in der Y-Achsenrichtung erfassen,
die durch die Coriolis-Kraft gemäß der
Winkelgeschwindigkeit ΩX um die X-Achse bewirkt wurde, in dem Zustand, in
dem der Oszillator 26 durch den Schwingungserzeuger 34 in
der Z-Achsenrichtung in Schwingung versetzt ist, so daß die
Winkelgeschwindigkeiten um die beiden Achsen oder um die X-
Achse und die Y-Achse, die in der horizontalen Richtung
senkrecht zueinander sind, durch den einzigen
Winkelgeschwindigkeitssensor 21 erfaßt werden können.
-
Da der Oszillator 26 in der Rahmenform gebildet ist, kann
die Luftdämpfung des Oszillators 26 durch starkes
Reduzieren des Luftwiderstandswerts des Oszillators 26 reduziert
werden, wenn derselbe in der Z-Achsenrichtung schwingt. Mit
dieser Anordnung kann der Oszillator 26 durch den
Schwingungserzeuger 24 in der Z-Achsenrichtung stark in
Schwingung versetzt werden, so daß die Änderung des Oszillators
26, die durch die Coriolis-Kraft bewirkt wird, erhöht ist,
um dadurch die Erfassungsempfindlichkeit der X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 31 oder der Y-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 32 zu verbessern.
-
Da ferner der Winkelgeschwindigkeitssensor 21 die
Winkelgeschwindigkeiten ΩX, ΩY um die beiden Achsen oder um die X-
Achse und die Y-Achse in einem kleinen Raum erfassen kann,
können der Bereich des Substrats 22 und die
Herstellungskosten stark reduziert werden.
-
Nachfolgend zeigen Fig. 4 bis Fig. 6 ein zweites
Ausführungsbeispiel. Dieses Ausführungsbeispiel weist das Merkmal
auf, daß eine Schwingungserzeugungseinrichtung aus einem
Oszillator, der in einer Rahmenform gebildet ist und einer
säulenförmigen Elektrode besteht, die auf einem Substrat
angeordnet ist, derart, daß dieselbe sich in dem Oszillator
von demselben beabstandet befindet, und der Oszillator
greift mit der säulenförmigen Elektrode in einem getrennten
Zustand durch eine Mehrzahl von Vorsprüngen, die zu den
Innenoberflächen des Oszillators und den Außenoberflächen der
säulenförmigen Elektrode gebildet sind, ineinander.
-
Es ist anzumerken, daß die gleichen Bezugszeichen, die bei
dem vorher erwähnten ersten Ausführungsbeispiel verwendet
werden, in dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet
werden, um die gleichen Komponenten zu bezeichnen, und die
Beschreibung derselben ist ausgelassen.
-
In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 41 einen
Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß diesem
Ausführungsbeispiel. Das Bezugszeichen 42 bezeichnet einen quadratischen
rahmenförmigen Oszillator, der als ein Teil eines
beweglichen Abschnitts 23 dient, der auf einem Substrat 22
gebildet ist. Der Oszillator 42 wird durch vier Trageabschnitte
24 auf dem Substrat 22 getragen, die auf dem Substrat 22 an
den vier Ecken desselben gebildet sind, und Tragebalken 25,
die jeweils ein Basisende aufweisen, das an jedem der
Trageabschnitte 24 befestigt ist, so daß der Oszillator 42
durch die jeweiligen Tragebalken 25 getragen ist, um sich
in drei Achsenrichtungen zu bewegen, d. h. in einer X-
Achsenrichtung und einer Y-Achsenrichtung, die horizontal
gerichtet sind und einer Z-Achsenrichtung, die vertikal
gerichtet ist. Eine Mehrzahl von Vorsprüngen 43 sind an den
vier Innenoberflächen des Oszillator 42 in Richtung der
Mitte desselben gebildet. Ferner sind kammförmige
Elektroden 27, 27 der beweglichen Seite, die die X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 31 bilden, hervorstehend
zu der rechten und linken Seite des Oszillators 42
gebildet, und kammförmige Elektroden 28, 28 der beweglichen
Seite, die die Y-Achsen-Verschiebungserfassungseinheiten 32
bilden, sind hervorstehend zu der Vorder- und Rückseite des
Oszillators 42 gebildet.
-
Das Bezugszeichen 44 bezeichnet eine quadratische
säulenförmige Elektrode, die auf dem Substrat 22 in der Mitte
desselben angeordnet ist, und eine Mehrzahl von Vorsprüngen
45 sind an den vier Außenoberflächen der säulenförmigen
Elektrode 44 gebildet, um so abwechselnd mit den jeweiligen
Vorsprüngen 43 des Oszillators 42 in einem getrennten
Zustand ineinander zu greifen. Ferner sind die Intervalle
zwischen den jeweiligen Vorsprüngen 45 der säulenförmigen
Elektrode 44 und den jeweiligen Vorsprüngen 43 des
Oszillators 42 und ebenfalls bei der säulenförmigen Elektrode 44
an jedem Teil gleich definiert, genauso wie die Beziehung
zwischen dem Oszillator 26 und der säulenförmigen Elektrode
33 des ersten Ausführungsbeispiels. Wenn hier angenommen
wird daß die Höhe des Oszillators 42 bezüglich des
Substrats 22 d1 ist, und die Höhe der säulenförmigen Elektrode
44 d2 ist, ist die Höhe d2 der säulenförmigen Elektrode 44
etwas kürzer gebildet als die Höhe d1 des Oszillators 42,
und zwar um Δd (siehe Fig. 6).
-
Das Bezugszeichen 46 bezeichnet einen Schwingungsgenerator,
der als Schwingungserzeugungseinrichtung dient, der aus dem
rahmenförmigen Oszillator 42 und der säulenförmigen
Elektrode 44 besteht, die innen in dem Oszillator 42
positioniert ist, wobei die Mehrzahl von Vorsprüngen 43, die zu
den Innenoberflächen des Oszillators 42 gebildet sind und
die Mehrzahl von Vorsprüngen 45, die zu den
Außenoberflächen der säulenförmigen Elektrode 44 gebildet sind,
zwischen dem Oszillator 42 und der säulenförmigen Elektrode 44
angeordnet sind, um in einem getrennten Zustand ineinander
zu greifen, so daß der effektive Bereich zwischen dem
Oszillator 42 und der säulenförmigen Elektrode 44 durch die
jeweiligen Vorsprünge 43, 45 erhöht werden kann.
-
Da der Winkelgeschwindigkeitssensor 41 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel wie oben angeordnet ist, wird die
Verschiebung des Oszillators 42 in der X-Achsenrichtung, die durch
eine Coriolis-Kraft bewirkt wird, wenn eine
Winkelgeschwindigkeit ΩY an die Y-Achse angelegt wird, in dem Zustand,
in dem der Oszillator 42 in der Z-Achsenrichtung schwingt,
durch die X-Achsen-Verschiebungserfassungseinheiten 31
erfaßt, während die Verschiebung des Oszillators 42 in der Y-
Achsenrichtung, die durch eine Coriolis-Kraft bewirkt wird,
wenn eine Winkelgeschwindigkeit ΩX an der X-Achse angelegt
wird, durch die Y-Achsen-Verschiebungserfassungseinheiten
32 erfaßt wird.
-
Da jedoch die Mehrzahl von Vorsprüngen 43 zu den
Innenoberflächen des Oszillators 42 angeordnet sind, der den
Schwingungsgenerator 46 bildet, und auch die Mehrzahl von
Vorsprüngen 45, die mit den Vorsprüngen 43 jeweils in dem
getrennten Zustand ineinander greifen, an den
Außenoberflächen der säulenförmigen Elektrode 44 angeordnet sind, kann
der effektive Bereich bei dem Schwingungsgenerator 46 im
Vergleich mit dem zum ersten Ausführungsbeispiel - erhöht
werden, und somit kann eine elektrostatische
Anziehungskraft, die erzeugt wird, wenn ein Schwingungstreibersignal
zwischen dem Oszillator 42 und der säulenförmigen Elektrode
44 angelegt wird, erhöht werden.
-
Da bei dieser Anordnung die elektrostatische
Anziehungskraft in der Richtung wirkt, in der der effektive Bereich
zwischen dem Oszillator 42 und der säulenförmigen Elektrode
44 erhöht ist, wird der Oszillator 42 zu der Position
angezogen, an der derselbe so hoch ist wie die säulenförmige
Elektrode 44, und der Oszillator 42 wird durch Wiederholen
des obigen Vorgangs mit einer Resonanzfrequenz überwiegend
in der Z-Achsenrichtung in Schwingung versetzt. Da zu
diesem Zeitpunkt der effektive Bereich bei dem
Schwingungsgenerator 46 durch die jeweiligen Vorsprünge 43, 45 in diesem
Ausführungsbeispiel erhöht ist, kann die Amplitude des
Oszillators 42 in der Z-Achsenrichtung durch Erhöhen der
Ansprechempfindlichkeit des Oszillators 42 gegenüber dem
Schwingungstreibersignal erhöht werden, wodurch die
Erfassungsempfindlichkeit der Winkelgeschwindigkeiten ΩY, ΩX in
den X-Achsen-Verschiebungserfassungseinheiten 31 und den Y-
Achsen-Verschiebungserfassungseinheiten 32 erhöht werden
kann.
-
Nachfolgend zeigen Fig. 7 bis Fig. 9 ein drittes
Ausführungsbeispiel. Dieses Ausführungsbeispiel weist das Merkmal
auf, daß ein piezoelektrisches Bauglied, das als
Schwingungserzeugungseinrichtung dient, auf der unteren
Oberfläche eines Substrats angeordnet ist. Es ist anzumerken, daß
die gleichen Bezugszeichen, die bei dem vorher erwähnten
ersten Ausführungsbeispiel verwendet werden, in dem dritten
Ausführungsbeispiel verwendet werden, um die gleichen
Komponenten zu bezeichnen, und die Beschreibung derselben ist
ausgelassen.
-
In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 51 einen
Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß diesem
Ausführungsbeispiel. Das Bezugszeichen 52 bezeichnet einen quadratischen
rahmenförmigen Oszillator, der als ein Teil eines
beweglichen Abschnitts 23 dient, der auf einem Substrat 22
gebildet ist. Der Oszillator 52 wird durch vier Trageabschnitte
24 auf dem Substrat 22 getragen, die auf dem Substrat 22 an
den vier Ecken desselben gebildet sind, und Tragebalken 25,
die jeweils ein Basisende aufweisen, das an jedem der
Trageabschnitte 24 befestigt ist, so daß der Oszillator 52
durch die jeweiligen Tragebalken 25 getragen ist, um sich
in drei Achsen-Richtungen zu bewegen, d. h. in einer X-
Achsenrichtung und einer Y-Achsenrichtung, die horizontal
gerichtet sind, und einer Z-Achsenrichtung, die vertikal
gerichtet ist. Eine kreuzförmige Rahmenkonstruktion 52A ist
innen in dem Oszillator 52 gebildet, um die Verzerrung des
Oszillators 52 zu verhindern. Ferner sind die kammförmigen
Elektroden 27, 27 der beweglichen Seite, die die X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 31 bilden, hervorstehend
zu der rechten und linken Seite des Oszillators 52
gebildet, und die kammförmigen Elektroden 28, 28 der beweglichen
Seite, die die Y-Achsen-Verschiebungserfassungseinheiten 32
bilden, sind hervorstehend an der Vorder- und Rückseite
desselben gebildet.
-
Das Bezugszeichen 53 bezeichnet das piezoelektrische
Bauglied gemäß diesem Ausführungsbeispiel, das als
Schwingungserzeugungseinrichtung dient, die an der unteren
Oberfläche des Substrats 22 verbunden ist, und aus Bleititanat,
Bleizirkonat, Bleititanatzirkonat (PZT), Zinkoxid (ZnO)...
usw. besteht, und in einer Plattenform gebildet ist, so daß
eine Polarisierungsrichtung in einer Z-Achsenrichtung
ausgerichtet ist.
-
Bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor 51, der wie oben
beschrieben angeordnet ist, wird Polarisation an dem
piezoelektrischen Bauglied 53 in der Z-Achsenrichtung durch
Anlegen eines Schwingungstreibersignals an das
piezoelektrische Bauglied 53 bewirkt, so daß das piezoelektrische
Bauglied 53 in der Z-Achsenrichtung in Schwingung versetzt
wird. Bei diesem Vorgang bewirkt nur der Oszillator 52, der
in der Lage ist, sich in der Z-Achsenrichtung des
beweglichen Abschnitts 23, der auf dem Substrat 22 gebildet ist,
zu bewegen, Schwingung in der Z-Achsenrichtung. Da der
Oszillator 52 in der Rahmenform gebildet ist, um den
Luftwiderstandswert zwischen demselben und dem Substrat 22 zu
eliminieren, kann derselbe zu diesem Zeitpunkt eine große
Menge an Schwingung in der Z-Achsenrichtung erzeugen.
-
Wenn eine Winkelgeschwindigkeit ΩY um die Y-Achse angelegt
wird in dem Zustand, in dem der Oszillator 52 in der Z-
Achsenrichtung durch die Schwingung des piezoelektrischen
Bauglieds 53 in Schwingung versetzt ist, wird der
Oszillator 52 durch eine Coriolis-Kraft in der X-Achsenrichtung
verschoben, und die Verschiebung wird durch die X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 31 erfaßt. Wenn dagegen
eine Winkelgeschwindigkeit ΩX um die X-Achse angelegt
wird, wird der Oszillator 42 durch eine Coriolis-Kraft in
der Y-Achsenrichtung verschoben, und die Verschiebung kann
durch die Y-Achsen-Verschiebungserfassungseinheiten 32
erfaßt werden.
-
Da bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor 51 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel die Schwingungserzeugungseinrichtung
aus dem piezoelektrischen Bauglied 53, das auf der unteren
Oberfläche des Substrats 22 angeordnet ist, besteht, kann
der Oszillator 52 jedoch überwiegend in der Z-
Achsenrichtung in Schwingung versetzt werden, während die
Winkelgeschwindigkeiten ΩX, ΩY um die beiden Achsen oder
die X-Achse und die Y-Achse mit exakter Genauigkeit erfaßt
werden können.
-
Da bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor 51 von diesem
Ausführungsbeispiel das Intervall zwischen dem Oszillator 52
und dem Substrat 22 auf einen großen Wert eingestellt
werden kann, kann die Schwingung des
Winkelgeschwindigkeitssensors 51 in der Z-Achsenrichtung im Vergleich mit dem der
obigen Winkelgeschwindigkeitssensoren 21, 41 erhöht werden.
Folglich kann die Winkelgeschwindigkeit ΩY um die -Y-Achse
durch die X-Achsen-Verschiebungserfassungseinheiten 31
erfaßt werden, bzw. die Winkelgeschwindigkeit ΩX um die X-
Achse kann durch die Y-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 32 mit exakter Genauigkeit
erfaßt werden.
-
Da der Oszillator 52 ferner in der Rahmenform gebildet ist
und durch die Rahmenkonstruktion 52A verstärkt ist, kann
die Luftdämpfung des Oszillators 52 durch starkes
Verringern des Luftwiderstandswerts zwischen dem Oszillator 52
und dem Substrat 22 reduziert werden. Bei dieser Anordnung
kann der Oszillator 52 durch das piezoelektrische Bauglied
53 in der Z-Achsenrichtung stark in Schwingung versetzt
werden, wodurch die Erfassungsempfindlichkeit der X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 31 oder der Y-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 32 durch Erhöhen der
Änderung des Oszillators 52, die durch die Coriolis-Kraft
bewirkt wird, verbessert werden kann.
-
Nachfolgend zeigen Fig. 10 bis 12 ein viertes
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses
Ausführungsbeispiel weist ein Merkmal auf, daß ein Oszillator als ein
Massepunkt angeordnet ist, der sich in der Mitte eines
Substrats befindet, und die X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten und die Y-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten sind von dem Massepunkt
aus radial gebildet.
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Es ist anzumerken, daß die gleichen Bezugszeichen, die bei
dem vorhergehenden ersten Ausführungsbeispiel verwendet
werden, bei dem vierten Ausführungsbeispiel verwendet
werden, um die gleichen Komponenten zu bezeichnen, und die
Beschreibung derselben ist ausgelassen.
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In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 61 einen
Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß diesem
Ausführungsbeispiel. Das Bezugszeichen 62 bezeichnet ein Substrat 62, das
als der Basistisch des Winkelgeschwindigkeitssensors 61
dient, und das Substrat 62 besteht aus monokristallinem
Siliziummaterial mit hohem Widerstandswert, das in einer
quadratischen Blattform gebildet ist.
-
Das Bezugszeichen 63 bezeichnet einen beweglichen
Abschnitt, der auf dem Substrat 62 gebildet ist. Der
bewegliche Abschnitt 63 besteht aus vier Trageabschnitten 64, die
auf dem Substrat 62 an den vier Ecken desselben gebildet
sind, und vier Tragebalken 65, die jeweils ein Basisende
aufweisen, das an jedem der Trageabschnitte 64 befestigt
ist, und ein äußerstes Ende, das sich in Richtung der Mitte
des Substrats 62 erstreckt, während es sich im Zickzack
biegt, und dem Massepunkt 66, der an den äußersten Enden
der jeweiligen Tragebalken 65 positioniert ist und als der
Oszillator dient. Die ersten kammförmigen Elektroden 67, 67
der beweglichen Seite, die nachfolgend beschrieben werden,
sind sowohl an der rechten als auch der linken Seite des
Massepunkts 66 gebildet, und zweite kammförmigen Elektroden
68, 68 der beweglichen Seite sind sowohl zu der Vorder- als
auch der Rückseite desselben gebildet, jeweils auf solche
Weise, daß die vorhergehenden Elektroden 67 senkrecht zu
den nachfolgenden Elektroden 68 sind. Ferner ist der
bewegliche Abschnitt 63 nur durch die jeweiligen Trageabschnitte
64 an dem Substrat 62 befestigt, und die jeweiligen
Tragebalken 65, und der Massepunkt 66 sind gehalten, um sich in
drei Achsenrichtungen oder einer X-Achsenrichtung, einer Y-
Achsenrichtung und einer Z-Achsenrichtung zu verschieben,
in dem Zustand, in dem dieselben von der Oberfläche des
Substrats 62 getrennt sind.
-
Die Bezugszeichen 67, 67 bezeichnen die ersten kammförmigen
Elektroden der beweglichen Seite und jede der Elektroden 67
besteht aus einem Zweigabschnitt 67A, der sich von dem
Massepunkt 66 in der X-Achsenrichtung erstreckt, und acht
blattförmigen Elektrodenplatten 67B, die an dem äußersten
Ende des Zweigabschnitts 67A positioniert sind und sich zu
beiden Seiten in der Y-Achsenrichtung erstrecken.
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Die Bezugszeichen 68, 68 bezeichnen die zweiten
kammförmigen Elektroden der beweglichen Seite und jede der
Elektroden 68 besteht aus einem Zweigabschnitt 68A, der sich von
dem Massepunkt 66 in der Y-Achsenrichtung erstreckt, und
acht blattförmigen Elektrodenplatten 68B, die an dem
äußersten Ende des Zweigabschnitts 68A positioniert sind, und
sich zu beiden Seiten der X-Achsenrichtung erstrecken. Die
jeweiligen ersten kammförmigen Elektroden 67 der beweglichen
Seite sind senkrecht zu den jeweiligen zweiten
kammförmigen Elektroden 68 der bewegliche Seite und dieselben
sind in einer radialen Form gebildet.
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Die Bezugszeichen 69, 69 bezeichnen erste kammförmige
Elektroden der festen Seite, die auf dem Substrat 62 auf der
rechten und linken Seite desselben angeordnet sind. Jede
der ersten kammförmigen Elektroden 69 der festen Seite
besteht aus einem festen Abschnitt 69A mit einem in etwa C-
förmigen Querschnitt, der zu der Mitte des Substrats 62 hin
geöffnet ist, und sechs blattförmigen Elektrodenplatten
69B, die von beiden Armen des festen Abschnitts 69A
gebildet sind, so daß dieselben einander gegenüberliegen. Die
jeweiligen Elektrodenplatten 69B sind angeordnet, um von
den jeweiligen Elektrodenplatten 67B der obigen ersten
kammförmigen Elektroden 67 der beweglichen Seite gleich
beabstandet zu sein.
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Die Bezugszeichen 70, 70 bezeichnen zweite kammförmige
Elektroden der festen Seite, die auf dem Substrat 62 auf
der Vorder- und Rückseite desselben angeordnet sind. Jede
der zweiten kammförmigen Elektroden 70 der festen Seite
besteht aus einem festen Abschnitt 70A mit einem etwa C-
förmigen Querschnitt, der zu der Mitte des Substrats 62 hin
geöffnet ist, und sechs blattförmigen Elektrodenplatten
70B, die von beiden Armen des festen Abschnitts 70A
gebildet sind, so daß sie einander gegenüberliegen. Die
jeweiligen Elektrodenplatten 70B sind angeordnet, um von den
jeweiligen Elektrodenplatten 68 der obigen zweiten
kammförmigen Elektroden 68 der beweglichen Seite gleich beabstandet
zu sein.
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Die Bezugszeichen 71, 71 bezeichnen X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten, die als X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinrichtung dienen, wobei jede der
Erfassungseinheiten 71 aus der ersten kammförmige Elektrode
67 der beweglichen Seite und der ersten kammförmige
Elektrode 69 der festen Seite besteht, gleiche Intervalle sind
zwischen den jeweiligen Elektrodenplatten 67B der ersten
kammförmigen Elektrode 67 der beweglichen Seite und den
jeweiligen Elektrodenplatten 69B der ersten kammförmigen
Elektrode 69 der festen Seite definiert, und ein
Erfassungskondensator mit parallelen Flachplatten besteht aus
den ersten kammförmigen Elektroden 67 der beweglichen Seite
und den ersten kammförmigen Elektroden 69 der festen Seite.
Ferner erfassen die X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 71 die Änderung bei den
Intervallen zwischen den jeweiligen Elektrodenplatten 67B,
69B als die Änderung bei der Kapazität. Außerdem sind die
Ausgangsseiten der rechten und linken X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheit 71 verbunden, um die
Differenz zwischen den Ausgangssignalen derselben zu berechnen.
-
Die Bezugszeichen 72, 72 bezeichnen Y-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten, die als Y-Achsen-
Verschiebungserfassungseinrichtung dienen, wobei jede der
Erfassungseinheiten 72 aus der zweiten kammförmigen
Elektrode 68 der beweglichen Seite und der zweiten kammförmigen
Elektrode 70 der festen Seite besteht, gleiche Intervalle
sind zwischen den jeweiligen Elektrodenplatten 68B der
zweiten kammförmigen Elektrode 68 der beweglichen Seite und
den jeweiligen Elektrodenplatten 70B der zweiten
kammförmigen Elektrode 70 der festen Seite definiert, und ein und
ein Erfassungskondensator mit parallelen Flachplatten
besteht aus den zweiten kammförmigen Elektroden 68 der
beweglichen Seite und den zweiten kammförmigen Elektroden 70 der
festen Seite. Ferner erfassen die Y-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 72 außerdem die Änderung
bei den Intervallen zwischen den jeweiligen
Elektrodenplatten 68B, 70B als die Änderung der Kapazität. Außerdem sind
die Ausgangsseiten der vorderen und hinteren Y-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheit 72 verbunden, um die
Differenz zwischen den Ausgangssignalen derselben zu berechnen.
-
Das Bezugszeichen 73 bezeichnet ein piezoelektrisches
Bauglied gemäß diesem Ausführungsbeispiel, das als Schwingungserzeugungseinrichtung
dient, die an der unteren
Oberfläche des Substrats 62 verbunden ist, und aus Bleititanat,
Bleizirkonat, Bleititanatzirkonat (PZT), Zinkoxid (ZnO)...
usw. besteht, und in einer Plattenform gebildet ist, so daß
eine Polarisationsrichtung in einer Z-Achsenrichtung
ausgerichtet ist.
-
Außerdem wird bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor 61, der
wie oben beschrieben angeordnet ist, durch das
piezoelektrische Bauglied 73 in der Z-Achsenrichtung Polarisation
bewirkt, durch Anlegen eines Schwingungstreibersignals an
das piezoelektrische Bauglied 73, gleichartig wie an den
Winkelgeschwindigkeitssensor 51 des vorher erwähnten
dritten Ausführungsbeispiels, so daß das piezoelektrische
Bauglied 73 in der Z-Achsenrichtung in Schwingung versetzt
wird. Bei diesem Vorgang kann nur der Massepunkt 66
(einschließlich der kammförmigen Elektroden 67, 68 der
beweglichen Seite), der in der Lage ist, sich in der Z-
Achsenrichtung des beweglichen Abschnitts 63, der auf dem
Substrat 62 gebildet ist, zu verschieben, Schwingung in der
Z-Achsenrichtung bewirken. Da der Massepunkt 66 und die
kammförmigen Elektroden 67, 68 der beweglichen Seite nur
aus Rahmenkonstruktionen bestehen, kann der
Luftwiderstandswert zwischen denselben und dem Substrat 62 zu diesem
Zeitpunkt beinahe eliminiert werden, und somit kann in der
Z-Achsenrichtung eine große Menge an Schwingung erzeugt
werden.
-
Da die Schwingungserzeugungseinrichtung bei dem
Winkelgeschwindigkeitssensor 61 gemäß diesem Ausführungsbeispiel
auf der unteren Oberfläche des Substrats 62 angeordnet ist
und nicht zwischen dem beweglichen Abschnitt 63 und dem
Substrat 62, kann das Intervall zwischen dem Massepunkt 66
und dem Substrat 62 gesichert werden, so daß der Massepunkt
66 mit einer großen Amplitude in Schwingung versetzt werden
kann. Wenn daher beispielsweise eine Winkelgeschwindigkeit
ΩY um die Y-Achse angelegt wird in dem Zustand, in dem der
Massepunkt 66 einschließlich der ersten kammförmigen Elektroden
67, 68 der beweglichen Seite durch das
piezoelektrische Bauglied 73 überwiegend in der Z-Achsenrichtung in
Schwingung versetzt wird, wird der Massepunkt 66 durch eine
Coriolis-Kraft überwiegend in der X-Achsenrichtung in
Schwingung versetzt. Die Erfassungsempfindlichkeit des
Winkelgeschwindigkeitssensors 61 kann verbessert werden durch
Addieren der Schwingung des Massepunkts 66 in der X-
Achsenrichtung mit der Oszillation der X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 71, 71, die auf der
rechten und linken Seite angeordnet sind.
-
Da ferner die Tragebalken 65 gebildet sind, um sich zu
erstrecken, während sie sich im Zickzack biegen, kann die
offensichtliche Länge der Balken erhöht werden, um eine
Federkonstante in jeder Richtung der X-Achse, der Y-Achse und
der Z-Achsenrichtung klein zu machen, so daß der Massepunkt
66 leicht in den drei Achsenrichtungen bewegt werden kann
und die Erfassungsempfindlichkeit des
Winkelgeschwindigkeitssensors 61 entsprechend verbessert werden kann.
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Nachfolgend zeigen Fig. 13 bis 15 ein fünftes
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das fünfte
Ausführungsbeispiel weist ein Merkmal auf, daß ein Oszillator als
ein Massepunkt angeordnet ist, der in der Mitte eines
Substrats positioniert ist, und X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten und Y-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten sind radial von dem
Massepunkt gebildet, und Tragebalken sind an der Außenseite
angeordnet, um die Erfassungseinheiten in einem großen Raum
zu befestigen.
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Es ist anzumerken, daß die gleichen Bezugszeichen, die bei
dem vorher erwähnten vierten Ausführungsbeispiel verwendet
werden, bei diesem Ausführungsbeispiel verwendet werden, um
die gleichen Komponenten zu bezeichnen, und die
Beschreibung derselben ist ausgelassen.
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Bei den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 81 einen
Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß diesem
Ausführungsbeispiel. Das Bezugszeichen 82 bezeichnet ein Substrat 82, das
als der Basistisch des Winkelgeschwindigkeitssensors 81
dient, und das Substrat 82 besteht aus einem
monokristallinen Siliziummaterial mit hohem Widerstandswert, das in
einer quadratischen Blattform gebildet ist.
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Das Bezugszeichen 83 bezeichnet einen beweglichen
Abschnitt, der auf dem Substrat 82 gebildet ist. Der
bewegliche Abschnitt 83 besteht aus vier Trageabschnitten 64, die
auf dem Substrat 82 an den vier Ecken desselben gebildet
sind, vier Tragebalken 85, die jeweils etwa in einer C-Form
gebildet sind und einem Basisende, das an jedem der
Trageabschnitte 84 befestigt ist, und einem Oszillator 86, der
an den äußersten Enden der jeweiligen Tragebalken 85
angeordnet ist.
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Der Oszillator 86 besteht aus einem Plattenabschnitt 86A,
der in der Mitte des Substrats 82 positioniert ist, und
vier Armabschnitten 86B, die sich von dem Plattenabschnitt
86A in Richtung der vier Trageabschnitte 84 auf diagonalen
Linien in einer Kreuzform erstrecken, als auch vier
Dreiecksregionen, die durch die vier Armabschnitte 86B
unterteilt sind. Der bewegliche Abschnitt 83 ist nur durch die
jeweiligen Trageabschnitte 84 an dem Substrat 82 befestigt
und die jeweiligen Tragebalken 85 und der Oszillator 86
sind so gehalten, um sich in drei Achsenrichtungen oder X-
Achsen, Y-Achsen und Z-Achsenrichtungen zu verschieben, in
dem Zustand, indem dieselben von der Oberfläche des
Substrats 82 getrennt sind.
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Die Bezugszeichen 87, 87 bezeichnen erste kammförmigen
Elektroden der beweglichen Seite, die einstückig mit dem
Oszillator 86 gebildet sind. Die jeweiligen Elektroden 87
bestehen aus jeweils sechs Elektrodenplatten 87A, die in
der rechten und linken Dreiecksregion entlang der X-Achse
des Substrats 82 positioniert sind, und sich an jedem vorbestimmten
Intervall in der Längsrichtung der benachbarten
Armabschnitte 86B des obigen Oszillator 86 in die
jeweiligen Dreiecksregion erstrecken. Jede der Elektrodenplatten
87A ist parallel mit dem Substrat 82 und bezüglich des
Armabschnitts 86B um einen Winkel von 45º geneigt.
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Die Bezugszeichen 88, 88 bezeichnen zweite kammförmige
Elektroden der beweglichen Seite, die einstückig mit dem
Oszillator 86 gebildet sind. Die jeweiligen Elektroden 88
bestehen aus jeweils sechs Elektrodenplatten 88A, die in
der vorderen und hinteren Dreiecksregion entlang der Y-
Achse des Substrats 82 positioniert sind, und sich an jedem
vorbestimmten Intervall in der Längsrichtung der
benachbarten Armabschnitte 86B des obigen Oszillators 86 in die
jeweiligen Dreiecksregionen erstrecken. Jede der
Elektrodenplatten 88A ist parallel mit dem Substrat 82 und bezüglich
des Armabschnitts 86B mit einem Winkel von 45º geneigt.
Ferner sind die ersten kammförmigen Elektroden 87, 87 der
beweglichen Seite und die zweiten kammförmigen Elektroden
88, 88 der beweglichen Seite abwechselnd angeordnet.
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Die Bezugszeichen 89, 89 bezeichnen erste kammförmige
Elektroden der festen Seite, die auf dem Substrat 82 auf der
rechten und linken Seite desselben angeordnet sind. Die
jeweiligen Elektroden 89 sind in der rechten und linken
Dreiecksregion entlang der X-Achse von den vier
Dreiecksregionen gebildet, die durch die Armabschnitte 86B unterteilt
sind. Jede der Elektroden 89 besteht aus einem festen
Abschnitt 89A, der an der äußeren Peripherieseite des
Substrats 82 positioniert ist, einem Zweigabschnitt 89B, der
sich von dem Basisende des festen Abschnitts 89A zu der
Mitte des Substrats 82 erstreckt, und fünf
Elektrodenplatten 89C, die sich an jedem vorbestimmten Intervall in der
Längsrichtung des Zweigabschnitts 89B erstrecken. Jede der
Elektrodenplatten 89C ist senkrecht zu dem Zweigabschnitt
89B angeordnet. Ferner sind die jeweiligen
Elektrodenplatten 87A der ersten kammförmigen Elektroden 87, 87 der
beweglichen Seite angeordnet, um von den jeweiligen Elektrodenplatten
89C der ersten kammförmigen Elektroden 89, 89
der festen Seite beabstandet zu sein und abwechselnd mit
denselben ineinander zu greifen.
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Die Bezugszeichen 90, 90 bezeichnen zweite kammförmige
Elektroden der festen Seite, die auf dem Substrat 82 auf
der Vorder- und Rückseite desselben angeordnet sind. Die
jeweiligen Elektroden 90 sind in der vorderen und hinteren
Dreiecksregion entlang der Y-Achse der vier
Dreiecksregionen gebildet, die durch die vier Armabschnitte 86B
unterteilt sind. Jede der Elektroden 90 besteht aus einem festen
Abschnitt 90A, der an der äußeren Peripherieseite des
Substrats 82 positioniert ist, einem Zweigabschnitt 90B, der
sich von dem Basisende des festen Abschnitts 90A zu der
Mitte des Substrats 82 erstreckt, und fünf
Elektrodenplatten 90C, die sich an jedem vorbestimmten Intervall in der
Längsrichtung des Zweigabschnitts 90B erstrecken. Jede der
Elektrodenplatten 90C ist senkrecht zu dem Zweigabschnitt
90B angeordnet. Die ersten kammförmigen Elektroden 89, 89
der beweglichen Seite und die zweiten kammförmigen
Elektroden 90, 90 der festen Seite sind abwechselnd auf dem
Substrat 82 angeordnet. Ferner sind die jeweiligen
Elektrodenplatten 88A der zweiten kammförmigen Elektroden 88, 88 der
beweglichen Seite angeordnet, um von den jeweiligen
Elektrodenplatten 90C der zweiten kammförmigen Elektroden 90,
90 der festen Seite beabstandet zu sein und abwechselnd mit
denselben ineinander zu greifen.
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Die Bezugszeichen 91, 91 bezeichnen X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinrichtungen, die als X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinrichtung dienen, wobei jede der
Erfassungseinheiten 91 aus der ersten kammförmigen
Elektrode 87 der beweglichen Seite und der ersten kammförmigen
Elektrode 89 der festen Seite besteht, wobei gleiche
Intervalle zwischen den jeweiligen Elektrodenplatten 87A der
ersten kammförmigen Elektroden 87 der beweglichen Seite und
den jeweiligen Elektrodenplatten 89C der ersten
kammförmigen Elektrode 89 der festen Seite definiert sind, und ein
und ein Erfassungskondensator mit parallelen Flachplatten
besteht aus den ersten kammförmigen Elektroden 87 der
beweglichen Seite und den ersten kammförmigen Elektroden 89
der festen Seite. Ferner erfassen die X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 91 die Änderung bei den
Intervallen zwischen den jeweiligen Elektrodenplatten 87A,
89C als die Änderung der Kapazität. Zusätzlich sind die
Ausgangsseiten der rechten und linken X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 91 verbunden, um die
Differenz zwischen den Ausgangssignalen derselben zu
berechnen.
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Die Bezugszeichen 92, 92 bezeichnen Y-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten, die als Y-Achsen-
Verschiebungserfassungseinrichtung dienen, wobei jede der
Erfassungseinheiten 92 aus der zweiten kammförmigen
Elektrode 88 der beweglichen Seite und der zweiten kammförmigen
Elektroden 90 der festen Seite besteht, und gleiche
Intervalle zwischen den jeweiligen Elektrodenplatten 88A der
zweiten kammförmigen Elektrode 88 der beweglichen Seite und
den jeweiligen Elektrodenplatten 90C der zweiten
kammförmigen Elektroden 90 der festen Seite definiert sind, und ein
und ein Erfassungskondensator mit parallelen Flachplatten
besteht aus den zweiten kammförmigen Elektroden 88 der
beweglichen Seite und den zweiten kammförmigen Elektroden
90 der festen Seite. Ferner erfassen die Y-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 92 außerdem die Änderung
bei den Intervallen zwischen den jeweiligen
Elektrodenplatten 88A, 90C als die Änderung der Kapazität. Zusätzlich
sind die Ausgangsseiten der vorderen und hinteren Y-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 92 verbunden, um die
Differenz zwischen den Ausgangssignalen derselben zu
berechnen.
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Das Bezugszeichen 93 bezeichnet ein piezoelektrisches
Bauglied gemäß diesem Ausführungsbeispiel, das als
Schwingungserzeugungseinrichtung dient, die an der unteren
Oberfläche des Substrats 82 befestigt ist und aus Bleititanat,
Bleizirkonat, Bleititanatzirkonat (PZT), Zinkoxid (ZnO)...
usw. besteht, und in einer Plattenform gebildet ist, so daß
eine Polarisationsrichtung in einer Z-Achsenrichtung
ausgerichtet ist.
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Bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor 81, der wie oben
beschrieben angeordnet ist, kann außerdem eine große Menge an
Schwingung an dem Oszillator 86 einschließlich der
kammförmigen Elektroden 87, 88 der beweglichen Seite durch das
piezoelektrische Bauglied 93 bewirkt werden, gleichartig zu
dem vierten Ausführungsbeispiel, wodurch
Winkelgeschwindigkeiten, die um die X-Achse und die Y-Achse angelegt sind,
mit exakter Genauigkeit erfaßt werden können.
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Ferner kann die Form der jeweiligen Elektrodenplatten 87A,
88B, 89C und 90C der kammförmigen Elektroden 87, 88 und 90
des Winkelgeschwindigkeitssensors 81 vergrößert werden, so
daß die Verschiebung der kammförmigen Elektroden 87, 88 der
beweglichen Seite in den X-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 91 und den Y-Achsen-
Verschiebungserfassungseinheiten 92 erhöht ist, um dadurch
die Erfassungsempfindlichkeit des
Winkelgeschwindigkeitssensors 81 im Vergleich mit dem
Winkelgeschwindigkeitssensor 61 des vierten Ausführungsbeispiels stark zu erhöhen.
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Obwohl die jeweiligen obigen Ausführungsbeispiele
beschreiben, daß die Verschiebung in der X-Achsenrichtung und die
Verschiebung in der Y-Achsenrichtung zeitlich versetzt
erfaßt werden, ist es selbstverständlich, daß die vorliegende
Erfindung nicht darauf beschränkt ist, sondern die
Verschiebungen in der X-Achsen- und der Y-Achsenrichtung
gleichzeitig erfaßt werden können, abhängig von der
Richtung, in der eine Winkelgeschwindigkeit wirkt.
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Wenn bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie es
oben detailliert beschrieben ist, beispielsweise eine
Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse angelegt wird in dem
Zustand, in dem der Oszillator durch die Oszillationserzeugungseinrichtung
in der Z-Achsenrichtung in Schwingung
versetzt wird, wird der Oszillator durch Empfangen einer
Coriolis-Kraft in der X-Achsenrichtung verschoben, und die
Verschiebungserfassungseinrichtung kann die Verschiebung
des Oszillators als eine Winkelgeschwindigkeit um die Y-
Achsenrichtung erfassen, die der Winkelgeschwindigkeit
hinzugefügt wird. Wenn dagegen eine Winkelgeschwindigkeit um
die Y-Achse angelegt wird, wird der Oszillator durch
Empfangen einer Coriolis-Kraft in der Y-Achsenrichtung
verschoben, und die Verschiebungserfassungseinrichtung kann
die Verschiebung des Oszillators in der Y-Achsenrichtung
als eine Winkelgeschwindigkeit erfassen, die um die X-Achse
des Winkelgeschwindigkeitssensors angelegt ist. Folglich
kann der Winkelgeschwindigkeitssensor, der in der Lage ist,
die Winkelgeschwindigkeiten um die beiden Achsen oder die
X-Achse und die Y-Achse zu erfassen, in einem kleinen Raum
angeordnet werden, wodurch ein Substratbereich und
Herstellungskosten reduziert werden können, und auch die
Leistungsfähigkeit des Sensors bemerkenswert erhöht werden
kann.
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Wenn bei dem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ein
Schwingungstreibersignal mit einer vorbestimmten Frequenz
zwischen dem rahmenförmigen Oszillator und der
säulenförmigen Elektrode angelegt wird, wird zwischen dem Oszillator
und der säulenförmigen Elektrode eine elektrostatische
Anziehungskraft erzeugt und wirkt in der Richtung, in der der
effektive Bereich zwischen des Oszillator und der
säulenförmigen Elektrode erhöht ist, und als Folge wird der
Oszillator zu der Substratseite angezogen, und die
Wiederholung des obigen Vorgangs bewirkt, daß der Oszillator in der
Z-Achsenrichtung schwingt. Dann kann eine
Winkelgeschwindigkeit, die um die Y-Achse oder die Z-Achse angelegt ist,
in dem Zustand erfaßt werden, in dem der Oszillator in der
Z-Achsenrichtung schwingt.
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Da bei noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden
Erfindung, die Schwingungserzeugungseinrichtung aus dem piezoelektrischen
Bauglied besteht, das auf der unteren
Oberfläche des Substrats befestigt ist, wiederholt dasselbe die
Ausdehnung und Kontraktion in der Z-Achsenrichtung, wenn
ein Schwingungstreibersignal an das piezoelektrische
Bauglied angelegt wird, um dadurch Schwingung an dem
Substrat zu erzeugen, so daß der Oszillator, der auf dem
Substrat gebildet ist, in der Z-Achsenrichtung in Schwingung
versetzt werden kann. Als Folge kann ein Intervall zwischen
dem Oszillator und dem Substrat gesichert werden, und eine
Amplitude, die durch die Schwingung des Oszillators in der
Z-Achsenrichtung bewirkt wird, kann erhöht werden, und die
Erfassungsempfindlichkeit kann verbessert werden.
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Wenn bei dem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
beispielsweise eine Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse
angelegt wird, in dem Zustand, in dem der Oszillator durch
die Schwingungserzeugungseinrichtung in der Z-
Achsenrichtung in Schwingung versetzt wird, wird der
Oszillator durch Empfangen einer Coriolis-Kraft in der X-
Achsenrichtung verschoben, und die Verschiebung erscheint
als die Änderung des effektiven Bereichs oder Intervalls
zwischen der ersten Elektrode der beweglichen Seite und der
Elektrode der festen Seite und die X-Achsenrichtung-
Verschiebungserfassungseinrichtung erfaßt die Änderung als
die Änderung der Kapazität. Wenn dagegen andererseits eine
Winkelgeschwindigkeit um die X-Achse angelegt wird, wird
der Oszillator durch Empfangen einer Coriolis-Kraft in der
Y-Achsenrichtung verschoben, und die Verschiebung erscheint
als die Änderung des effektiven Bereichs oder Intervalls
zwischen der zweiten Elektrode der beweglichen Seite und
der zweiten Elektrode der festen Seite, und die Y-
Achsenrichtung-Verschiebungserfassungseinrichtung kann die
Änderung als die Änderung der Kapazität mit exakter
Genauigkeit erfassen.