JP5708535B2 - 角速度センサ - Google Patents
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Description
該振動子(11)から、x−y平面に垂直なz方向に離れた基板(12)と、
該基板(12)から、振動子(11)の位置するx−y平面まで延びたアンカー(13)と、
該アンカー(13)と振動子(11)とを連結し、y方向周りに捩れ可能な連結梁(14)と、
振動子(11)をz方向に振動させる励振部(50)と、
振動子(11)のx方向の変位に基づいて角速度を検出する検出部(70)と、を有し、
振動子(11)は、上下錘(15)と、連結梁(14)が連結された傾き錘(16)と、該傾き錘(16)と上下錘(15)とを連結し、y方向周りに捩れ可能な捩れ梁(17)と、を有し、
振動子(11)の中心に位置する傾き錘(16a)からx方向に離れる2方向の内、一方向を左方向、他方向を右方向とすると、
1つの上下錘(15)、該上下錘(15)の隣にある1つの傾き錘(16)、及び、該上下錘(15)に連結される捩れ梁(17)を有する単位錘部(18)が、振動子(11)の中心に位置する傾き錘(16a)を介してx方向にて対称となるように、左方向と右方向それぞれに同数あり、
連結梁(14)は、振動子(11)の周囲を囲む枠部(25)と、該枠部(25)とアンカー(13)とを連結する第1連結梁(26)と、枠部(25)と振動子(11)とを連結する第2連結梁(27)と、を有し、
振動子(11)の中心に位置する傾き錘(16a)から最も離れた単位錘部(18a,18b)それぞれが有する傾き錘(16)と第2連結梁(27)との連結部位(P1)が、振動子(11)がz方向に振動した際に節となる部位であり、
第2連結梁(27)の接続された傾き錘(16)における連結部位(P1)をy方向に貫く貫き方向によって分けられる2つの領域の内、振動子(11)の中心から離れた領域は、残りの振動子(11)の中心側の領域よりも重量が重く、自由端となっていることを特徴とする。
(第1実施形態)
以下、図1〜図7に基づいて、第1実施形態に係る角速度センサを説明する。図1では、後述する振動子11と電極51,52,91,92との対向領域R1〜R4にハッチングを入れている。図2は、図1に示す第1貫き方向L1(一点差線)に沿う振動子の断面形状を示しており、破線で示す領域は、静止状態の振動子11を示している。図4〜図7では、便宜上、振動子11の運動状態を説明するのに不要な構成要素を省略し、その運動状態を大仰に示している。大仰に示した結果、一部構成要素同士が重なっている箇所があるが、その場所は本来重なることはない。図4〜図7は、シミュレーションによって得た図であり、図1〜図3に示す構成とは、多少の構造上の違いはあるが、根本的な部分(発明の特徴部分)では、同一の構成を有する。
12・・・基板
13・・・アンカー
14・・・連結梁
50・・・励振部
70・・・検出部
P1・・・連結部位
100・・・角速度センサ
Claims (12)
- 直交の関係にあるx方向及びy方向によって規定されるx−y平面に位置する振動子(11)と、
該振動子(11)から、前記x−y平面に垂直なz方向に離れた基板(12)と、
該基板(12)から、前記振動子(11)の位置するx−y平面まで延びたアンカー(13)と、
該アンカー(13)と前記振動子(11)とを連結し、前記y方向周りに捩れ可能な連結梁(14)と、
前記振動子(11)を前記z方向に振動させる励振部(50)と、
前記振動子(11)の前記x方向の変位に基づいて角速度を検出する検出部(70)と、を有し、
前記振動子(11)は、上下錘(15)と、前記連結梁(14)が連結された傾き錘(16)と、該傾き錘(16)と前記上下錘(15)とを連結し、前記y方向周りに捩れ可能な捩れ梁(17)と、を有し、
前記振動子(11)の中心に位置する傾き錘(16a)から前記x方向に離れる2方向の内、一方向を左方向、他方向を右方向とすると、
1つの前記上下錘(15)、該上下錘(15)の隣にある1つの前記傾き錘(16)、及び、該上下錘(15)に連結される捩れ梁(17)を有する単位錘部(18)が、前記振動子(11)の中心に位置する傾き錘(16a)を介して前記x方向にて対称となるように、前記左方向と前記右方向それぞれに同数あり、
前記連結梁(14)は、前記振動子(11)の周囲を囲む枠部(25)と、該枠部(25)と前記アンカー(13)とを連結する第1連結梁(26)と、前記枠部(25)と前記振動子(11)とを連結する第2連結梁(27)と、を有し、
前記振動子(11)の中心に位置する傾き錘(16a)から最も離れた単位錘部(18a,18b)それぞれが有する前記傾き錘(16)と前記第2連結梁(27)との連結部位(P1)が、前記振動子(11)が前記z方向に振動した際に節となる部位であり、
前記第2連結梁(27)の接続された前記傾き錘(16)における前記連結部位(P1)を前記y方向に貫く貫き方向によって分けられる2つの領域の内、前記振動子(11)の中心から離れた領域は、残りの前記振動子(11)の中心側の領域よりも重量が重く、自由端となっていることを特徴とする角速度センサ。 - 前記励振部(50)は、前記振動子(11)の中心に位置する傾き錘(16a)を介して前記x方向にて対称の関係にある2つの単位錘部(18a,18b)を逆位相で振動させ、
前記検出部(70)は、前記x方向にて対称の関係にある2つの単位錘部(18a,18b)それぞれのx方向の変位に基づいて角速度を検出しており、
前記第1連結梁(26)は、前記x方向に可撓性を有し、
前記第2連結梁(27)は、前記y方向周りに捩れ可能な性質を有することを特徴とする請求項1に記載の角速度センサ。 - 直交の関係にあるx方向及びy方向によって規定されるx−y平面に位置する振動子(11)と、
該振動子(11)から、前記x−y平面に垂直なz方向に離れた基板(12)と、
該基板(12)から、前記振動子(11)の位置するx−y平面まで延びたアンカー(13)と、
該アンカー(13)と前記振動子(11)とを連結し、前記y方向周りに捩れ可能な連結梁(14)と、
前記振動子(11)を前記z方向に振動させる励振部(50)と、
前記振動子(11)の前記x方向の変位に基づいて角速度を検出する検出部(70)と、を有し、
前記振動子(11)における前記連結梁(14)との連結部位(P1)が、前記振動子(11)が前記z方向に振動した際に節となる部位であり、
前記振動子(11)は、上下錘(15)と、前記連結梁(14)が連結された傾き錘(16)と、該傾き錘(16)と前記上下錘(15)とを連結し、前記y方向周りに捩れ可能な捩れ梁(17)と、を有し、
前記振動子(11)の中心に位置する傾き錘(16a)から前記x方向に離れる2方向の内、一方向を左方向、他方向を右方向とすると、
1つの前記上下錘(15)、該上下錘(15)の隣にある1つの前記傾き錘(16)、及び、該上下錘(15)に連結される捩れ梁(17)を有する単位錘部(18)が、前記振動子(11)の中心に位置する傾き錘(16a)を介して前記x方向にて対称となるように、前記左方向と前記右方向それぞれに同数あり、
前記励振部(50)は、前記振動子(11)の中心に位置する傾き錘(16a)を介して前記x方向にて対称の関係にある2つの単位錘部(18a,18b)を逆位相で振動させ、
前記検出部(70)は、前記x方向にて対称の関係にある2つの単位錘部(18a,18b)それぞれのx方向の変位に基づいて角速度を検出しており、
前記連結梁(14)は、前記振動子(11)の周囲を囲む枠部(25)と、該枠部(25)と前記アンカー(13)とを連結する第1連結梁(26)と、前記枠部(25)と前記振動子(11)とを連結する第2連結梁(27)と、を有し、
前記第1連結梁(26)は、前記y方向に延びた形状を成して前記x方向に可撓性を有し、
前記第2連結梁(27)は、前記y方向周りに捩れ可能な性質を有することを特徴とする角速度センサ。 - 前記励振部(50)は、前記基板(12)に形成された第1駆動電極(51)及び第2駆動電極(52)と、前記第1駆動電極(51)、前記第2駆動電極(52)、及び、前記振動子(11)に駆動電圧を印加する電圧印加部(53)と、を有し、
前記第1駆動電極(51)及び前記第2駆動電極(52)は、前記z方向にて前記振動子(11)と対向しており、
前記電圧印加部(53)は、前記駆動電圧として、前記第1駆動電極(51)と前記第2駆動電極(52)とに逆位相の交流電圧を印加し、前記振動子(11)に一定電圧を印加することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の角速度センサ。 - 前記x方向に並ぶ1つの前記第1駆動電極(51)と1つの前記第2駆動電極(52)とが、前記傾き錘(16)と前記z方向にて対向していることを特徴とする請求項4に記載の角速度センサ。
- 前記振動子(11)の中心に位置する傾き錘(16a)を介して前記x方向にて対称の関係にある2つの単位錘部(18a,18b)の内、一方の単位錘部(18a)の傾き錘(16)と前記z方向にて対向する第1駆動電極(51)と、他方の単位錘部(18b)の傾き錘(16)と前記z方向にて対向する第2駆動電極(52)とは、前記振動子(11)の中心に位置する傾き錘(16a)を介して前記x方向にて対称の位置関係にあり一方の単位錘部(18a)の傾き錘(16)と前記z方向にて対向する第2駆動電極(52)と、他方の単位錘部(18b)の傾き錘(16)と前記z方向にて対向する第1駆動電極(51)とは、前記振動子(11)の中心に位置する傾き錘(16a)を介して前記x方向にて対称の位置関係にあることを特徴とする請求項5に記載の角速度センサ。
- 前記振動子(11)、前記z方向における前記傾き錘(16)と前記第1駆動電極(51)との対向領域(R1)の形状、及び、前記z方向における前記傾き錘(16)と前記第2駆動電極(52)との対向領域(R2)の形状それぞれは、複数の前記単位錘部(18)それぞれの中心を前記x方向に貫く貫き方向(L1)を介して、対称な形状であることを特徴とする請求項6に記載の角速度センサ。
- 前記振動子(11)の中心に位置する傾き錘(16a)を介して前記x方向にて対称の関係にある2つの単位錘部(18a,18b)の内、一方の単位錘部(18a)の上下錘(15)が前記z方向にて第1駆動電極(51)と対向し、他方の単位錘部(18b)の上下錘(15)が前記z方向にて第2駆動電極(52)と対向していることを特徴とする請求項4〜7いずれか1項に記載の角速度センサ。
- 前記z方向における前記上下錘(15)と前記第1駆動電極(51)との対向領域(R5)の形状、及び、前記z方向における前記上下錘(15)と前記第2駆動電極(52)との対向領域(R6)の形状それぞれは、複数の前記単位錘部(18)それぞれの中心を前記x方向に貫く貫き方向(L1)を介して、対称な形状であることを特徴とする請求項8に記載の角速度センサ。
- 前記上下錘(15)は、前記捩れ梁(17)が外面に連結される第1枠部(19)と、該第1枠部(19)の内面によって囲まれた領域内に配置された第2枠部(20)と、前記第1枠部(19)と前記第2枠部(20)とを連結し、前記x方向に可撓性を有する検出梁(21)と、を有し、
前記検出部(70)は、前記第2枠部(20)の内面に形成された第1検出電極(71)と、前記アンカー(13)に連結され、前記第1検出電極(71)と前記x方向若しくは前記y方向にて対向する第2検出電極(72)と、前記第1検出電極(71)と前記第2検出電極(72)とによって構成されるコンデンサの静電容量変化に基づいて、角速度を検出する角速度検出部(73)と、を有することを特徴とする請求項2〜9いずれか1項に記載の角速度センサ。 - 前記基板(12)における、前記振動子(11)との対向領域には、前記振動子(11)から離れる方向に、前記z方向の厚さが局所的に凹んだ部位(22)があることを特徴とする請求項1〜10に記載の角速度センサ。
- 前記振動子(11)の振動状態を観測するモニター部(90)を有することを特徴とする請求項1〜11いずれか1項に記載の角速度センサ。
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