JP3306965B2 - 振動型角速度センサ - Google Patents
振動型角速度センサInfo
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- JP3306965B2 JP3306965B2 JP05022093A JP5022093A JP3306965B2 JP 3306965 B2 JP3306965 B2 JP 3306965B2 JP 05022093 A JP05022093 A JP 05022093A JP 5022093 A JP5022093 A JP 5022093A JP 3306965 B2 JP3306965 B2 JP 3306965B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば車両等の転回方
向，姿勢等を検出するのに用いて好適な振動型角速度セ
ンサに関する。
向，姿勢等を検出するのに用いて好適な振動型角速度セ
ンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、車両等の転回方向を検出するの
に用いられる振動型角速度センサとしては、高速回転体
を利用するものや光ファイバを用いるものがよく知られ
ているが、これらは大型で高価なものとなってしまって
いる。
に用いられる振動型角速度センサとしては、高速回転体
を利用するものや光ファイバを用いるものがよく知られ
ているが、これらは大型で高価なものとなってしまって
いる。
【０００３】このため、最近では圧電材料等を用いて、
コリオリの力を利用した角速度に比例した出力を検出す
る振動型の角速度センサが多く使用されるようになって
きている。
コリオリの力を利用した角速度に比例した出力を検出す
る振動型の角速度センサが多く使用されるようになって
きている。
【０００４】例えば、アメリカ特許第４，６９９，００
６号明細書に示すような半導体プロセス技術を用いたね
じり振動型の角速度センサの提案がなされている。
６号明細書に示すような半導体プロセス技術を用いたね
じり振動型の角速度センサの提案がなされている。
【０００５】このねじり振動型の角速度センサは、基板
に支持梁を介してＹ軸方向に支持された振動片を、Ｙ軸
を回動軸として回動するように励振させ、Ｚ軸方向に角
速度が加わると、振動片内にＸ軸方向に支持梁を介して
支持された検出片がコリオリの力でＸ軸を回動中心とし
て回動する。そして、該検出片と固定電極との間の離間
寸法（検出片の変位）を検出することで、角速度を検出
するものである。
に支持梁を介してＹ軸方向に支持された振動片を、Ｙ軸
を回動軸として回動するように励振させ、Ｚ軸方向に角
速度が加わると、振動片内にＸ軸方向に支持梁を介して
支持された検出片がコリオリの力でＸ軸を回動中心とし
て回動する。そして、該検出片と固定電極との間の離間
寸法（検出片の変位）を検出することで、角速度を検出
するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術による角速度センサにおいては、検出片および振
動片の回動方向の回動中心はＸ軸およびＹ軸であり、回
動中心は基板に対して水平となっている。これにより、
検出片および振動片は基板に対してＺ軸方向（鉛直方
向）に変位することとなり、電極配置の構造が非常に複
雑になるという問題がある。
来技術による角速度センサにおいては、検出片および振
動片の回動方向の回動中心はＸ軸およびＹ軸であり、回
動中心は基板に対して水平となっている。これにより、
検出片および振動片は基板に対してＺ軸方向（鉛直方
向）に変位することとなり、電極配置の構造が非常に複
雑になるという問題がある。
【０００７】さらに、振動片の回動軸が基板に対して水
平であるから、気体中で検出を行なう場合には、空気の
粘性抵抗を受けて振動片を一定周期で回動させることが
できなくなる。これにより、検出片に作用するコリオリ
の力が変動し、該検出片の変位を正確に検出できず、角
速度を高精度で検出することができないという問題があ
る。
平であるから、気体中で検出を行なう場合には、空気の
粘性抵抗を受けて振動片を一定周期で回動させることが
できなくなる。これにより、検出片に作用するコリオリ
の力が変動し、該検出片の変位を正確に検出できず、角
速度を高精度で検出することができないという問題があ
る。
【０００８】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明は振動片を空気の粘性抵抗をなく
して振動させることで、角速度の高精度検出を行ないう
る振動型角速度センサを提供することを目的としてい
る。
されたもので、本発明は振動片を空気の粘性抵抗をなく
して振動させることで、角速度の高精度検出を行ないう
る振動型角速度センサを提供することを目的としてい
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために請求項１の発明が採用する構成は、水平方向に直
交するＸ軸とＹ軸を有する基板と、該基板の表面に設け
られた複数の振動片固定部と、該各振動片固定部に基端
側が固定された複数の支持梁と、該各支持梁を介して前
記複数の振動片固定部間に基板から離間した状態で支持
された振動片と、前記基板に対して垂直な該振動片の中
心軸（Ｚ軸）を回動中心として正，逆方向に静電引力に
よって回動振動させる励振手段と、前記基板に対して水
平なＸ軸を中心として角速度が作用し、前記Ｙ軸を回動
中心として回動するときの前記振動片の鉛直方向（Ｚ軸
方向）の変位量を検出する変位量検出手段とから構成し
たことにある。また、請求項２の発明は、水平方向に直
交するＸ軸とＹ軸を有する基板と、該基板の表面に設け
られた第１および第２の振動片固定部と、該第１および
第２の振動片固定部に基端側が固定された第１および第
２の支持梁と、該第１および第２の支持梁を介して前記
第１および第２の振動片固定部間に基板から離間した状
態で支持された振動片と、前記基板に対して垂直な該振
動片の中心軸（Ｚ軸）を回動中心として正，逆方向に静
電引力によって回動振動させる励振手段と、前記基板に
対して水平なＸ軸を中心として角速度が作用し、前記Ｙ
軸を回動中心として回動するときの前記振動片の鉛直方
向（Ｚ軸方向）の変位量を検出する変位量検出手段とか
ら構成している。
ために請求項１の発明が採用する構成は、水平方向に直
交するＸ軸とＹ軸を有する基板と、該基板の表面に設け
られた複数の振動片固定部と、該各振動片固定部に基端
側が固定された複数の支持梁と、該各支持梁を介して前
記複数の振動片固定部間に基板から離間した状態で支持
された振動片と、前記基板に対して垂直な該振動片の中
心軸（Ｚ軸）を回動中心として正，逆方向に静電引力に
よって回動振動させる励振手段と、前記基板に対して水
平なＸ軸を中心として角速度が作用し、前記Ｙ軸を回動
中心として回動するときの前記振動片の鉛直方向（Ｚ軸
方向）の変位量を検出する変位量検出手段とから構成し
たことにある。また、請求項２の発明は、水平方向に直
交するＸ軸とＹ軸を有する基板と、該基板の表面に設け
られた第１および第２の振動片固定部と、該第１および
第２の振動片固定部に基端側が固定された第１および第
２の支持梁と、該第１および第２の支持梁を介して前記
第１および第２の振動片固定部間に基板から離間した状
態で支持された振動片と、前記基板に対して垂直な該振
動片の中心軸（Ｚ軸）を回動中心として正，逆方向に静
電引力によって回動振動させる励振手段と、前記基板に
対して水平なＸ軸を中心として角速度が作用し、前記Ｙ
軸を回動中心として回動するときの前記振動片の鉛直方
向（Ｚ軸方向）の変位量を検出する変位量検出手段とか
ら構成している。
【００１０】また、請求項３の発明は、水平方向に直交
するＸ軸とＹ軸を有する基板と、該基板の表面に設けら
れた複数の振動片固定部と、該各振動片固定部に基端側
が固定された弧状をなす複数の支持梁と、該各支持梁を
介して前記複数の振動片固定部間に前記基板から離間し
た状態で支持された振動片と、前記基板に対して垂直な
該振動片の中心軸（Ｚ軸）を回動中心として正，逆方向
に回動振動させる励振手段と、前記基板に対して水平な
Ｘ軸を中心として角速度が作用し、前記Ｙ軸を回動中心
として回動するときの前記振動片の鉛直方向（Ｚ軸方
向）の変位量を検出する変位量検出手段とから構成して
いる。また、請求項４の発明は、水平方向に直交するＸ
軸とＹ軸を有する基板と、該基板の表面に設けられた第
１および第２の振動片固定部と、該第１および第２の振
動片固定部に基端側が固定された弧状をなす第１および
第２の支持梁と、該第１および第２の支持梁を介して前
記第１および第２の振動片固定部間に前記基板から離間
した状態で支持された振動片と、前記基板に対して垂直
な該振動片の中心軸（Ｚ軸）を回動中心として正，逆方
向に回動振動させる励振手段と、前記基板に対して水平
な前記振動片のＹ軸を回動中心として回動するときの前
記振動片の鉛直方向（Ｚ軸方向）の変位量を検出する変
位量検出手段とから構成している。さらに、請求項５の
発明は、基板，振動片および支持梁をシリコンにより形
成したことにある。
するＸ軸とＹ軸を有する基板と、該基板の表面に設けら
れた複数の振動片固定部と、該各振動片固定部に基端側
が固定された弧状をなす複数の支持梁と、該各支持梁を
介して前記複数の振動片固定部間に前記基板から離間し
た状態で支持された振動片と、前記基板に対して垂直な
該振動片の中心軸（Ｚ軸）を回動中心として正，逆方向
に回動振動させる励振手段と、前記基板に対して水平な
Ｘ軸を中心として角速度が作用し、前記Ｙ軸を回動中心
として回動するときの前記振動片の鉛直方向（Ｚ軸方
向）の変位量を検出する変位量検出手段とから構成して
いる。また、請求項４の発明は、水平方向に直交するＸ
軸とＹ軸を有する基板と、該基板の表面に設けられた第
１および第２の振動片固定部と、該第１および第２の振
動片固定部に基端側が固定された弧状をなす第１および
第２の支持梁と、該第１および第２の支持梁を介して前
記第１および第２の振動片固定部間に前記基板から離間
した状態で支持された振動片と、前記基板に対して垂直
な該振動片の中心軸（Ｚ軸）を回動中心として正，逆方
向に回動振動させる励振手段と、前記基板に対して水平
な前記振動片のＹ軸を回動中心として回動するときの前
記振動片の鉛直方向（Ｚ軸方向）の変位量を検出する変
位量検出手段とから構成している。さらに、請求項５の
発明は、基板，振動片および支持梁をシリコンにより形
成したことにある。
【００１１】
【作用】上記構成により、請求項１の発明では、複数の
支持梁によって振動片が鉛直方向に対して変位するのを
防ぎつつ、励振手段により静電引力を作用させ、基板に
対して垂直な振動片の中心軸（Ｚ軸）を回動中心として
回動させる。この状態で、センサ全体に基板に対して水
平なＸ軸を中心として角速度が加わると、振動片にコリ
オリの力が作用し、基板に対して水平なＹ軸を回動中心
として振動片が回動して鉛直方向（Ｚ軸方向）に変位す
る。そして、この振動片の変位量を変位量検出手段で検
出することにより、センサ全体に加わる角速度を検出す
ることができる。また、請求項２の発明では、第１，第
２の支持梁によって振動片が鉛直方向に対して変位する
のを防ぎつつ、励振手段により静電引力を作用させ、基
板に対して垂直な振動片の中心軸（Ｚ軸）を回動中心と
して回動させる。この状態で基板に対して水平なＸ軸を
中心として角速度が加わると、基板に対して水平なＹ軸
を回動中心として振動片は回動し、鉛直方向に変位す
る。このため、振動片の鉛直方向（Ｚ軸方向）の変位量
を変位量検出手段で検出することにより、センサ全体に
加わる角速度を検出することができる。
支持梁によって振動片が鉛直方向に対して変位するのを
防ぎつつ、励振手段により静電引力を作用させ、基板に
対して垂直な振動片の中心軸（Ｚ軸）を回動中心として
回動させる。この状態で、センサ全体に基板に対して水
平なＸ軸を中心として角速度が加わると、振動片にコリ
オリの力が作用し、基板に対して水平なＹ軸を回動中心
として振動片が回動して鉛直方向（Ｚ軸方向）に変位す
る。そして、この振動片の変位量を変位量検出手段で検
出することにより、センサ全体に加わる角速度を検出す
ることができる。また、請求項２の発明では、第１，第
２の支持梁によって振動片が鉛直方向に対して変位する
のを防ぎつつ、励振手段により静電引力を作用させ、基
板に対して垂直な振動片の中心軸（Ｚ軸）を回動中心と
して回動させる。この状態で基板に対して水平なＸ軸を
中心として角速度が加わると、基板に対して水平なＹ軸
を回動中心として振動片は回動し、鉛直方向に変位す
る。このため、振動片の鉛直方向（Ｚ軸方向）の変位量
を変位量検出手段で検出することにより、センサ全体に
加わる角速度を検出することができる。
【００１２】請求項３の発明では、弧状をなす複数の支
持梁によって振動片が鉛直方向に対して変位するのを防
ぎつつ、励振手段により基板に対して垂直な振動片の中
心軸（Ｚ軸）を回動中心として回動させる。この状態
で、センサ全体に基板に対して水平なＸ軸を中心として
角速度が加わると、振動片にコリオリの力が作用し、基
板に対して水平なＹ軸を回動中心として振動片は回動
し、鉛直方向（Ｚ軸方向）に変位する。そして、この振
動片の変位量を変位量検出手段で検出することにより、
センサ全体に加わる角速度を検出することができる。ま
た、請求項４の発明では、弧状をなす第１，第２の支持
梁によって振動片が鉛直方向に対して変位するのを防ぎ
つつ、励振手段により基板に対して垂直な振動片の中心
軸（Ｚ軸）を回動中心として回動させる。この状態で基
板に対して水平なＸ軸を中心として角速度が加わると、
基板に対して水平なＹ軸を回動中心として振動片は回動
し、鉛直方向（Ｚ軸方向）に変位する。このため、振動
片の鉛直方向の変位量を変位量検出手段で検出すること
により、センサ全体に加わる角速度を検出することがで
きる。さらに、請求項５の発明では、シリコンで振動片
および支持梁を形成することで、エッチング技術等の半
導体加工技術を利用でき、該振動片および支持梁の形成
を容易に行なうことができる。
持梁によって振動片が鉛直方向に対して変位するのを防
ぎつつ、励振手段により基板に対して垂直な振動片の中
心軸（Ｚ軸）を回動中心として回動させる。この状態
で、センサ全体に基板に対して水平なＸ軸を中心として
角速度が加わると、振動片にコリオリの力が作用し、基
板に対して水平なＹ軸を回動中心として振動片は回動
し、鉛直方向（Ｚ軸方向）に変位する。そして、この振
動片の変位量を変位量検出手段で検出することにより、
センサ全体に加わる角速度を検出することができる。ま
た、請求項４の発明では、弧状をなす第１，第２の支持
梁によって振動片が鉛直方向に対して変位するのを防ぎ
つつ、励振手段により基板に対して垂直な振動片の中心
軸（Ｚ軸）を回動中心として回動させる。この状態で基
板に対して水平なＸ軸を中心として角速度が加わると、
基板に対して水平なＹ軸を回動中心として振動片は回動
し、鉛直方向（Ｚ軸方向）に変位する。このため、振動
片の鉛直方向の変位量を変位量検出手段で検出すること
により、センサ全体に加わる角速度を検出することがで
きる。さらに、請求項５の発明では、シリコンで振動片
および支持梁を形成することで、エッチング技術等の半
導体加工技術を利用でき、該振動片および支持梁の形成
を容易に行なうことができる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図９に基
づき説明する。
づき説明する。
【００１４】図中、１は単結晶シリコン材料からなる基
板を示し、該基板１上には後述する検出用固定電極８，
８が形成され、絶縁層となる酸化膜２を介して振動片固
定部５，５、回動用電極６，６および振動片３等が設け
られている。なお、便宜上図１に示す回動中心Ｏに対し
て紙面の左，右方向がＸ軸、上，下方向がＹ軸、さらに
図２に示す紙面の上，下方向がＺ軸となっている。
板を示し、該基板１上には後述する検出用固定電極８，
８が形成され、絶縁層となる酸化膜２を介して振動片固
定部５，５、回動用電極６，６および振動片３等が設け
られている。なお、便宜上図１に示す回動中心Ｏに対し
て紙面の左，右方向がＸ軸、上，下方向がＹ軸、さらに
図２に示す紙面の上，下方向がＺ軸となっている。
【００１５】３は基板１から離間して設けられた振動片
を示し、該振動片３はポリシリコンにより円板状に形成
され、その中心が回動中心Ｏとなり、図１に示すように
紙面の上，下方向（Ｙ軸方向）に支持腕部３Ａ，３Ｂが
突出形成されている。
を示し、該振動片３はポリシリコンにより円板状に形成
され、その中心が回動中心Ｏとなり、図１に示すように
紙面の上，下方向（Ｙ軸方向）に支持腕部３Ａ，３Ｂが
突出形成されている。
【００１６】４，４は支持梁を示し、該各支持梁４は半
円の円弧状に形成され、基端側が振動片固定部５，５に
固定され、先端側が前記振動片３の支持腕部３Ａ，３Ｂ
にそれぞれ固定されている。また、該各支持梁４は図１
に示すようにＹ軸に対して、上側に位置した振動片３の
支持腕部３Ａは下側の振動片固定部５に、下側に位置し
た振動片３の支持腕部３Ｂは上側の振動片固定部５にそ
れぞれ固定されている。そして、前記振動片３，各支持
梁４および各振動片固定部５はポリシリコンにより一体
形成されている。
円の円弧状に形成され、基端側が振動片固定部５，５に
固定され、先端側が前記振動片３の支持腕部３Ａ，３Ｂ
にそれぞれ固定されている。また、該各支持梁４は図１
に示すようにＹ軸に対して、上側に位置した振動片３の
支持腕部３Ａは下側の振動片固定部５に、下側に位置し
た振動片３の支持腕部３Ｂは上側の振動片固定部５にそ
れぞれ固定されている。そして、前記振動片３，各支持
梁４および各振動片固定部５はポリシリコンにより一体
形成されている。
【００１７】６，６は基板１上に形成された励振手段と
しての一対の回動用電極を示し、該各回動用電極６は前
記振動片３のＸ軸方向の両側に位置して配設され、前記
振動片３と対向する面が円弧状に形成されている。ま
た、該各回動用電極６と振動片固定部５との間には発振
回路７から所定の励起周波数の正弦波（またはパルス
波）が入力されるようになっている。なお、前記所定の
励起周波数は、前記各支持梁４の長さ，幅，厚さから求
められる弾性率により設定される振動片３の共振周波数
と実質的に一致するようになっている。
しての一対の回動用電極を示し、該各回動用電極６は前
記振動片３のＸ軸方向の両側に位置して配設され、前記
振動片３と対向する面が円弧状に形成されている。ま
た、該各回動用電極６と振動片固定部５との間には発振
回路７から所定の励起周波数の正弦波（またはパルス
波）が入力されるようになっている。なお、前記所定の
励起周波数は、前記各支持梁４の長さ，幅，厚さから求
められる弾性率により設定される振動片３の共振周波数
と実質的に一致するようになっている。
【００１８】８，８は基板１にリンを拡散することによ
り形成された変位量検出手段としての検出用固定電極を
示し、該各検出用固定電極８は図４に示すように、半円
状の検出部８Ａと、該検出部８Ａから検出信号を導出す
るパターン８Ｂと、該パターン８Ｂからの検出信号を外
部に導出する取出部８Ｃとからなり、前記各検出部８Ａ
と振動片３との離間寸法ｄ1 ，ｄ2 （図３、参照）を静
電容量Ｃ1 ，Ｃ2 として検出するようになっている。ま
た、各検出部８Ａ，８Ａは前記振動片３と対応する位置
に形成され、該各検出部８Ａを合わせた大きさは前記振
動片３の円形とほぼ同じ大きさになるように形成されて
いる。
り形成された変位量検出手段としての検出用固定電極を
示し、該各検出用固定電極８は図４に示すように、半円
状の検出部８Ａと、該検出部８Ａから検出信号を導出す
るパターン８Ｂと、該パターン８Ｂからの検出信号を外
部に導出する取出部８Ｃとからなり、前記各検出部８Ａ
と振動片３との離間寸法ｄ1 ，ｄ2 （図３、参照）を静
電容量Ｃ1 ，Ｃ2 として検出するようになっている。ま
た、各検出部８Ａ，８Ａは前記振動片３と対応する位置
に形成され、該各検出部８Ａを合わせた大きさは前記振
動片３の円形とほぼ同じ大きさになるように形成されて
いる。
【００１９】本実施例による振動型角速度センサは上述
の如く構成されるが、次にその製造方法について図６な
いし図９を参照しつつ、単結晶シリコンを用いた場合を
例に挙げ説明する。
の如く構成されるが、次にその製造方法について図６な
いし図９を参照しつつ、単結晶シリコンを用いた場合を
例に挙げ説明する。
【００２０】まず、図６に示す酸化膜２の形成工程で
は、単結晶シリコン材料からなる基板１に各検出用固定
電極８をパターニングし、リンを拡散させて拡散層とし
て各検出用固定電極８を形成した後に、例えば熱酸化法
等の手段を用いて、基板１の上面側に酸化膜２を形成す
る。
は、単結晶シリコン材料からなる基板１に各検出用固定
電極８をパターニングし、リンを拡散させて拡散層とし
て各検出用固定電極８を形成した後に、例えば熱酸化法
等の手段を用いて、基板１の上面側に酸化膜２を形成す
る。
【００２１】次に、図７に示す犠牲層９の形成工程で
は、厚さｄ1 （ｄ1 ＝ｄ2 ）のリンガラスにより形成さ
れた犠牲層９をＣＶＤ法で形成する。
は、厚さｄ1 （ｄ1 ＝ｄ2 ）のリンガラスにより形成さ
れた犠牲層９をＣＶＤ法で形成する。
【００２２】さらに、図８に示す振動片３，各支持梁
４，各振動片固定部５および各回動用電極６の形成工程
では、ＣＶＤ法によりポリシリコンを形成した後に、Ｒ
ＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いてパターニング
する。なお、このとき導電性を向上させるために、ポリ
シリコンにはリンまたはボロン等の不純物を拡散させて
いる。
４，各振動片固定部５および各回動用電極６の形成工程
では、ＣＶＤ法によりポリシリコンを形成した後に、Ｒ
ＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いてパターニング
する。なお、このとき導電性を向上させるために、ポリ
シリコンにはリンまたはボロン等の不純物を拡散させて
いる。
【００２３】最後に、図９に示す犠牲層９の除去工程で
は、犠牲層９およびその部分の酸化膜２をＨＦ水溶液等
でエッチングして、振動片３および各支持梁４と基板１
との空間を形成する。
は、犠牲層９およびその部分の酸化膜２をＨＦ水溶液等
でエッチングして、振動片３および各支持梁４と基板１
との空間を形成する。
【００２４】次に、本実施例による振動型角速度センサ
の検出動作について説明する。
の検出動作について説明する。
【００２５】まず、回動用電極６，６と振動片固定部
５，５との間に発振回路７から所定の励起周波数の正弦
波が入力されると、各回動用電極６と各支持梁４との間
には、所定の励起周波数に応じて静電引力が発生し、該
各支持梁４は回動用電極６，６に矢示Ｂのように順次引
張られる。これにより、振動片３の支持腕部３Ａ，３Ｂ
が矢示Ａ方向の正逆の回動が繰り返され、該振動片３は
回動中心Ｏに対する回動振動を行なう。なお、このとき
回動中心ＯはＸ，Ｙ軸方向は勿論Ｚ軸方向にも移動しな
いものとする。
５，５との間に発振回路７から所定の励起周波数の正弦
波が入力されると、各回動用電極６と各支持梁４との間
には、所定の励起周波数に応じて静電引力が発生し、該
各支持梁４は回動用電極６，６に矢示Ｂのように順次引
張られる。これにより、振動片３の支持腕部３Ａ，３Ｂ
が矢示Ａ方向の正逆の回動が繰り返され、該振動片３は
回動中心Ｏに対する回動振動を行なう。なお、このとき
回動中心ＯはＸ，Ｙ軸方向は勿論Ｚ軸方向にも移動しな
いものとする。
【００２６】ここで、図２に示すようにＸ軸を回動中心
とする角速度Ｃがセンサ全体に加わると、コリオリの力
によって、図３の矢示Ｄに示すようなＹ軸に対する力が
ねじれ力となって振動片３に作用する。これにより、各
検出用固定電極８の検出部８Ａと振動片３とのそれぞれ
の離間寸法ｄ1 ，ｄ2 が変位し、これに伴って振動片３
と各検出用固定電極８の検出部８Ａとの間の静電容量Ｃ
1 ，Ｃ2 も変化する。そして、この静電容量Ｃ1 ，Ｃ2
の変化を各検出用固定電極８の取出部８Ｃと振動片固定
部５から検出し、外部に接続された図示しない差動回路
等により信号処理することで、矢示Ｃ方向に加わった角
速度に対応した出力を得ることができる。
とする角速度Ｃがセンサ全体に加わると、コリオリの力
によって、図３の矢示Ｄに示すようなＹ軸に対する力が
ねじれ力となって振動片３に作用する。これにより、各
検出用固定電極８の検出部８Ａと振動片３とのそれぞれ
の離間寸法ｄ1 ，ｄ2 が変位し、これに伴って振動片３
と各検出用固定電極８の検出部８Ａとの間の静電容量Ｃ
1 ，Ｃ2 も変化する。そして、この静電容量Ｃ1 ，Ｃ2
の変化を各検出用固定電極８の取出部８Ｃと振動片固定
部５から検出し、外部に接続された図示しない差動回路
等により信号処理することで、矢示Ｃ方向に加わった角
速度に対応した出力を得ることができる。
【００２７】然るに、本実施例によれば、振動片３の回
動振動状態では、Ｚ軸方向に対して変位しないから、気
体中の粘性抵抗を受けることなく、振動片３の回動振動
を一定周期で行なうことができる。これにより、Ｘ軸を
回動中心に加わった角速度Ｃに対する振動片３のＹ軸を
回動中心とする矢示Ｄ方向に作用するコリオリの力の変
動をなくし、角速度Ｃの高精度検出を行なうことができ
る。
動振動状態では、Ｚ軸方向に対して変位しないから、気
体中の粘性抵抗を受けることなく、振動片３の回動振動
を一定周期で行なうことができる。これにより、Ｘ軸を
回動中心に加わった角速度Ｃに対する振動片３のＹ軸を
回動中心とする矢示Ｄ方向に作用するコリオリの力の変
動をなくし、角速度Ｃの高精度検出を行なうことができ
る。
【００２８】さらに、構造が単純で、かつ製造工程にお
いてはシリコンのエッチング等の半導体加工技術を利用
して形成することができるため、同時に多数個の振動型
角速度センサを製造でき、小型で製造コストの安い振動
型角速度センサを製造することができる。
いてはシリコンのエッチング等の半導体加工技術を利用
して形成することができるため、同時に多数個の振動型
角速度センサを製造でき、小型で製造コストの安い振動
型角速度センサを製造することができる。
【００２９】なお、前記実施例では、振動片３を円板状
に形成したが、この形状は円形に限らず、四角形，五角
形等でもよく、さらに振動片３に対向して基板１に形成
される検出用固定電極８の検出部８Ａの形状も振動片３
と同形にする必要もなく、要は振動片３と基板１との離
間寸法を検出するものであればよい。さらに、この離間
寸法もＹ軸を回動中心として回動する振動片３の離間距
離を検出するものであるから、一方のみの離間寸法を検
出するようにしてもよい。
に形成したが、この形状は円形に限らず、四角形，五角
形等でもよく、さらに振動片３に対向して基板１に形成
される検出用固定電極８の検出部８Ａの形状も振動片３
と同形にする必要もなく、要は振動片３と基板１との離
間寸法を検出するものであればよい。さらに、この離間
寸法もＹ軸を回動中心として回動する振動片３の離間距
離を検出するものであるから、一方のみの離間寸法を検
出するようにしてもよい。
【００３０】また、励振手段は回動用電極６，６を設
け、振動片３と該各回動用電極６との間に静電引力を発
生させて回動振動させるようにしたが、励振手段はこれ
に限らず、支持梁に圧電素子や抵抗体を用いて、この支
持梁の熱膨張効果等を用いて振動片３を回動振動させる
ようにしてもよい。
け、振動片３と該各回動用電極６との間に静電引力を発
生させて回動振動させるようにしたが、励振手段はこれ
に限らず、支持梁に圧電素子や抵抗体を用いて、この支
持梁の熱膨張効果等を用いて振動片３を回動振動させる
ようにしてもよい。
【００３１】さらに、振動片３の変位量検出手段におい
ても、基板１と該振動片３との離間寸法を検出用固定電
極８，８と振動片３との静電容量の変化として検出した
が、支持梁４，４または振動片３の支持腕部３Ａ，３Ｂ
にピエゾ抵抗素子や圧電素子等を設けることにより、振
動片３のねじれを検出するようにしてもよい。
ても、基板１と該振動片３との離間寸法を検出用固定電
極８，８と振動片３との静電容量の変化として検出した
が、支持梁４，４または振動片３の支持腕部３Ａ，３Ｂ
にピエゾ抵抗素子や圧電素子等を設けることにより、振
動片３のねじれを検出するようにしてもよい。
【００３２】
【発明の効果】以上詳述した如く、請求項１の発明によ
れば、基板上に複数の支持梁を介して支持された振動片
を、励振手段の静電引力によりその中心軸（Ｚ軸）を回
動中心として正，逆方向に回動振動させ、Ｘ軸を中心と
して角速度が作用してＹ軸を回動中心として回動すると
きの振動片の鉛直方向（Ｚ軸方向）の変位量を変位量検
出手段により検出する構成としたから、複数の支持梁に
よって鉛直方向に対する変位を防ぎつつ、振動片の励振
を回動振動させることができる。このため、気体の粘性
抵抗の影響をなくし一定周期で振動片を回動振動させる
ことができ、センサ全体に加わる角速度を振動片の変位
として高精度に検出することができる。また、請求項２
の発明によれば、第１，第２の支持梁を介して第１，第
２の振動片固定部の中央に振動片を支持したから、第
１，第２の支持梁によって鉛直方向に対する変位を防ぎ
つつ、励振手段の静電引力によって第１，第２の振動片
固定部の中央で振動片の励振を回動振動させることがで
き、気体の粘性抵抗の影響をなくすことができる。
れば、基板上に複数の支持梁を介して支持された振動片
を、励振手段の静電引力によりその中心軸（Ｚ軸）を回
動中心として正，逆方向に回動振動させ、Ｘ軸を中心と
して角速度が作用してＹ軸を回動中心として回動すると
きの振動片の鉛直方向（Ｚ軸方向）の変位量を変位量検
出手段により検出する構成としたから、複数の支持梁に
よって鉛直方向に対する変位を防ぎつつ、振動片の励振
を回動振動させることができる。このため、気体の粘性
抵抗の影響をなくし一定周期で振動片を回動振動させる
ことができ、センサ全体に加わる角速度を振動片の変位
として高精度に検出することができる。また、請求項２
の発明によれば、第１，第２の支持梁を介して第１，第
２の振動片固定部の中央に振動片を支持したから、第
１，第２の支持梁によって鉛直方向に対する変位を防ぎ
つつ、励振手段の静電引力によって第１，第２の振動片
固定部の中央で振動片の励振を回動振動させることがで
き、気体の粘性抵抗の影響をなくすことができる。
【００３３】請求項３の発明によれば、基板上に弧状を
なす複数の支持梁を介して支持された振動片を、励振手
段によりその中心軸（Ｚ軸）を回動中心として正，逆方
向に回動振動させ、Ｘ軸を中心として角速度が作用して
Ｙ軸を回動中心として回動するときの振動片の鉛直方向
（Ｚ軸方向）の変位量を変位量検出手段により検出する
構成としたから、複数の支持梁によって鉛直方向に対す
る変位を防ぎつつ、振動片の励振を回動振動させること
ができる。このため、気体の粘性抵抗の影響をなくし一
定周期で振動片を回動振動させることができ、センサ全
体に加わる角速度を振動片の変位として高精度に検出す
ることができる。また、請求項４の発明によれば、弧状
をなす第１，第２の支持梁を介して第１，第２の振動片
固定部の中央に振動片を支持したから、第１，第２の支
持梁によって鉛直方向に対する変位を防ぎつつ、第１，
第２の振動片固定部の中央で振動片の励振を回動振動さ
せることができ、気体の粘性抵抗の影響をなくすことが
できる。さらに、請求項５の発明によれば、基板，支持
梁および振動片をシリコンで形成することにより、シリ
コンのエッチング技術等により、簡単な工程で振動型角
速度センサを製造することができ、生産性の向上および
コストダウンを図ることができる。
なす複数の支持梁を介して支持された振動片を、励振手
段によりその中心軸（Ｚ軸）を回動中心として正，逆方
向に回動振動させ、Ｘ軸を中心として角速度が作用して
Ｙ軸を回動中心として回動するときの振動片の鉛直方向
（Ｚ軸方向）の変位量を変位量検出手段により検出する
構成としたから、複数の支持梁によって鉛直方向に対す
る変位を防ぎつつ、振動片の励振を回動振動させること
ができる。このため、気体の粘性抵抗の影響をなくし一
定周期で振動片を回動振動させることができ、センサ全
体に加わる角速度を振動片の変位として高精度に検出す
ることができる。また、請求項４の発明によれば、弧状
をなす第１，第２の支持梁を介して第１，第２の振動片
固定部の中央に振動片を支持したから、第１，第２の支
持梁によって鉛直方向に対する変位を防ぎつつ、第１，
第２の振動片固定部の中央で振動片の励振を回動振動さ
せることができ、気体の粘性抵抗の影響をなくすことが
できる。さらに、請求項５の発明によれば、基板，支持
梁および振動片をシリコンで形成することにより、シリ
コンのエッチング技術等により、簡単な工程で振動型角
速度センサを製造することができ、生産性の向上および
コストダウンを図ることができる。
【図１】本発明の実施例による振動型角速度センサを示
す正面図である。
す正面図である。
【図２】図１中の矢示II−II方向からみた断面図であ
る。
る。
【図３】図１中の矢示III −III 方向からみた断面図で
ある。
ある。
【図４】図１中の振動片等を取り除いた状態を示す基板
の正面図である。
の正面図である。
【図５】図４中の矢示Ｖ−Ｖ方向からみた断面図であ
る。
る。
【図６】検出用固定電極および酸化膜の形成工程を示す
断面図である。
断面図である。
【図７】犠牲層の形成工程を示す断面図である。
【図８】振動片，支持梁，振動片固定部および回動用電
極の形成工程を示す断面図である。
極の形成工程を示す断面図である。
【図９】犠牲層の除去工程を示す断面図である。
１ 基板 ２ 酸化膜 ３ 振動片 ４ 支持梁 ６ 回動用電極 ７ 発振回路 ８ 検出用固定電極 Ｏ 回動中心
Claims (5)
- 【請求項１】 水平方向に直交するＸ軸とＹ軸を有する
基板と、該基板の表面に設けられた複数の振動片固定部
と、該各振動片固定部に基端側が固定された複数の支持
梁と、該各支持梁を介して前記複数の振動片固定部間に
前記基板から離間した状態で支持された振動片と、前記
基板に対して垂直な該振動片の中心軸（Ｚ軸）を回動中
心として正，逆方向に静電引力によって回動振動させる
励振手段と、前記基板に対して水平なＸ軸を中心として
角速度が作用し、前記Ｙ軸を回動中心として回動すると
きの前記振動片の鉛直方向（Ｚ軸方向）の変位量を検出
する変位量検出手段とから構成してなる振動型角速度セ
ンサ。 - 【請求項２】 水平方向に直交するＸ軸とＹ軸を有する
基板と、該基板の表面に設けられた第１および第２の振
動片固定部と、該第１および第２の振動片固定部に基端
側が固定された第１および第２の支持梁と、該第１およ
び第２の支持梁を介して前記第１および第２の振動片固
定部間に前記基板から離間した状態で支持された振動片
と、前記基板に対して垂直な該振動片の中心軸（Ｚ軸）
を回動中心として正，逆方向に静電引力によって回動振
動させる励振手段と、前記基板に対して水平なＸ軸を中
心として角速度が作用し、前記Ｙ軸を回動中心として回
動するときの前記振動片の鉛直方向（Ｚ軸方向）の変位
量を検出する変位量検出手段とから構成してなる振動型
角速度センサ。 - 【請求項３】 水平方向に直交するＸ軸とＹ軸を有する
基板と、該基板の表面に設けられた複数の振動片固定部
と、該各振動片固定部に基端側が固定された弧状をなす
複数の支持梁と、該各支持梁を介して前記複数の振動片
固定部間に前記基板から離間した状態で支持された振動
片と、前記基板に対して垂直な該振動片の中心軸（Ｚ
軸）を回動中心として正，逆方向に回動振動させる励振
手段と、前記基板に対して水平なＸ軸を中心として角速
度が作用し、前記Ｙ軸を回動中心として回動するときの
前記振動片の鉛直方向（Ｚ軸方向）の変位量を検出する
変位量検出手段とから構成してなる振動型角速度セン
サ。 - 【請求項４】 水平方向に直交するＸ軸とＹ軸を有する
基板と、該基板の表面に設けられた第１および第２の振
動片固定部と、該第１および第２の振動片固定部に基端
側が固定された弧状をなす第１および第２の支持梁と、
該第１および第２の支持梁を介して前記第１および第２
の振動片固定部間に前記基板から離間した状態で支持さ
れた振動片と、前記基板に対して垂直な該振動片の中心
軸（Ｚ軸）を回動中心として正，逆方向に回動振動させ
る励振手段と、前記基板に対して水平なＸ軸を中心とし
て角速度が作用し、前記Ｙ軸を回動中心として回動する
ときの前記振動片の鉛直方向（Ｚ軸方向）の変位量を検
出する変位量検出手段とから構成してなる振動型角速度
センサ。 - 【請求項５】 前記基板，振動片および支持梁はシリコ
ンにより形成してなる請求項１，２，３または４記載の
振動型角速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05022093A JP3306965B2 (ja) | 1993-02-16 | 1993-02-16 | 振動型角速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05022093A JP3306965B2 (ja) | 1993-02-16 | 1993-02-16 | 振動型角速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06241816A JPH06241816A (ja) | 1994-09-02 |
| JP3306965B2 true JP3306965B2 (ja) | 2002-07-24 |
Family
ID=12852973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05022093A Expired - Fee Related JP3306965B2 (ja) | 1993-02-16 | 1993-02-16 | 振動型角速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3306965B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006064539A (ja) * | 2004-08-26 | 2006-03-09 | Matsushita Electric Works Ltd | ジャイロセンサおよび角速度検出方法 |
-
1993
- 1993-02-16 JP JP05022093A patent/JP3306965B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06241816A (ja) | 1994-09-02 |
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