JPH06235733A - 加速度センサ及び角速度センサ - Google Patents
加速度センサ及び角速度センサInfo
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- JPH06235733A JPH06235733A JP5255019A JP25501993A JPH06235733A JP H06235733 A JPH06235733 A JP H06235733A JP 5255019 A JP5255019 A JP 5255019A JP 25501993 A JP25501993 A JP 25501993A JP H06235733 A JPH06235733 A JP H06235733A
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- sensor
- acceleration sensor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 コストアップを伴わずにしかも複雑な演算過
程を不要にした簡単な構造の加速度センサ及び超小型化
を図るようにした角速度センサを提供する。 【構成】 基板1上の絶縁体15上に片持ち梁構造の上
部電極3を設けると共に、基板1上に下部電極2を設
け、各電極2,3間に電源Eを接続する。電源Eによっ
て常に電界放射が生じる程度の一定電圧を加えた状態
で、力が加わったとき上部電極3をたわませてこのたわ
み量に対応した電流を検出することによって、直ちに加
速度を求める。
程を不要にした簡単な構造の加速度センサ及び超小型化
を図るようにした角速度センサを提供する。 【構成】 基板1上の絶縁体15上に片持ち梁構造の上
部電極3を設けると共に、基板1上に下部電極2を設
け、各電極2,3間に電源Eを接続する。電源Eによっ
て常に電界放射が生じる程度の一定電圧を加えた状態
で、力が加わったとき上部電極3をたわませてこのたわ
み量に対応した電流を検出することによって、直ちに加
速度を求める。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、微小真空素子を利用し
た加速度センサ及び片持ち梁構造を利用した角速度セン
サに関する。
た加速度センサ及び片持ち梁構造を利用した角速度セン
サに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、車両の安全対策を目的としたエア
バックシステムが普及してきているが、このエアバック
システムなどの用途に加速度センサが多く用いられてい
る。この加速度センサは、センサ素子に衝撃などが加わ
って機械的なたわみが生じると、このたわみ量に対応し
た変化を電気的信号として検出するように動作する。
バックシステムが普及してきているが、このエアバック
システムなどの用途に加速度センサが多く用いられてい
る。この加速度センサは、センサ素子に衝撃などが加わ
って機械的なたわみが生じると、このたわみ量に対応し
た変化を電気的信号として検出するように動作する。
【0003】図9は従来の加速度センサの一例を示すも
ので、例えばシリコン基板41上に下部電極42を設け
ると共に、この下部電極42に接近して対向するように
上部電極43を支持体44によって片持ち梁構造に設け
たものであり、機械的な力が基板1に作用すると各電極
42,43間の距離dが次式のように変化する。 d=ε/C C=ε・1/d 但し、C:電極間の静電容量 ε:電極間の絶縁体の誘電率 Cは各電極42,43間に電圧を印加することによって
測定できるので、前記dを基に加速度を求めることがで
きる。
ので、例えばシリコン基板41上に下部電極42を設け
ると共に、この下部電極42に接近して対向するように
上部電極43を支持体44によって片持ち梁構造に設け
たものであり、機械的な力が基板1に作用すると各電極
42,43間の距離dが次式のように変化する。 d=ε/C C=ε・1/d 但し、C:電極間の静電容量 ε:電極間の絶縁体の誘電率 Cは各電極42,43間に電圧を印加することによって
測定できるので、前記dを基に加速度を求めることがで
きる。
【0004】図10は従来の加速度センサの例を示すも
ので、シリコン基板51におもり部分55を設けると共
に、基板51に拡散ブリッジ補償抵抗56を設けるよう
にしたダイアフラム構造を示すもので、矢印方向Xに加
速度を検出するように構成したものである。また、図1
1は従来のその他の加速度センサの例を示すもので、シ
リコン基板61にZnO圧電素子68を設けた圧電型加
速度センサを示すものである。69はPチャンネルMO
SFET、70はP型拡散抵抗、71は電源部、72は
接地部、73はZnO温度補償部である。
ので、シリコン基板51におもり部分55を設けると共
に、基板51に拡散ブリッジ補償抵抗56を設けるよう
にしたダイアフラム構造を示すもので、矢印方向Xに加
速度を検出するように構成したものである。また、図1
1は従来のその他の加速度センサの例を示すもので、シ
リコン基板61にZnO圧電素子68を設けた圧電型加
速度センサを示すものである。69はPチャンネルMO
SFET、70はP型拡散抵抗、71は電源部、72は
接地部、73はZnO温度補償部である。
【0005】さらに、近年、角速度センサとして圧電型
振動ジャイロスコープ(以下、「圧電ジャイロ」と称す
る)の開発が盛んに行われている。この圧電ジャイロは
振動している物体に回転角速度が与えられると、その振
動方向と直角方向にコリオリ力が発生することを利用し
たもので、最近ではナビゲーションシステムやVTRカ
メラの手触れ防止等に使用されてきている。これらに利
用されている小型圧電ジャイロはエリンバー材を振動
子、駆動源としてPZT系セラミックの小片を接着剤で
張り合わせたもの、または振動子としてPZT系セラミ
ック自体を利用したものがある。また、コリオリ力を効
率よく検出するため、検出子は一の振動子に対して二つ
設置し、相互の検出電圧の差を利用することで回転角速
度に対する感度向上を図っている。
振動ジャイロスコープ(以下、「圧電ジャイロ」と称す
る)の開発が盛んに行われている。この圧電ジャイロは
振動している物体に回転角速度が与えられると、その振
動方向と直角方向にコリオリ力が発生することを利用し
たもので、最近ではナビゲーションシステムやVTRカ
メラの手触れ防止等に使用されてきている。これらに利
用されている小型圧電ジャイロはエリンバー材を振動
子、駆動源としてPZT系セラミックの小片を接着剤で
張り合わせたもの、または振動子としてPZT系セラミ
ック自体を利用したものがある。また、コリオリ力を効
率よく検出するため、検出子は一の振動子に対して二つ
設置し、相互の検出電圧の差を利用することで回転角速
度に対する感度向上を図っている。
【0006】図12は従来の圧電ジャイロの基本原理の
一例を示すもので、ワトソン・タイプと称される構造を
示しており、81は音叉型振動子、82はその音叉型振
動子81に取り付けられた駆動用圧電体素子、83は検
出用圧電体素子である。駆動用圧電体素子83によって
音叉型振動子81をx軸方向に振動させると、音叉型振
動子81の中心軸(z軸)に角速度ωが加わると、もと
の振動軸(x軸)に対して直角方向であるy軸方向にコ
リオリ力が生じる。このコリオリ力をy軸方向の検出用
圧電体素子83によって検出すると、角速度ωを求める
ことができる。これら、圧電ジャイロには駆動電源部及
び信号処理部を設ける必要がある。
一例を示すもので、ワトソン・タイプと称される構造を
示しており、81は音叉型振動子、82はその音叉型振
動子81に取り付けられた駆動用圧電体素子、83は検
出用圧電体素子である。駆動用圧電体素子83によって
音叉型振動子81をx軸方向に振動させると、音叉型振
動子81の中心軸(z軸)に角速度ωが加わると、もと
の振動軸(x軸)に対して直角方向であるy軸方向にコ
リオリ力が生じる。このコリオリ力をy軸方向の検出用
圧電体素子83によって検出すると、角速度ωを求める
ことができる。これら、圧電ジャイロには駆動電源部及
び信号処理部を設ける必要がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで従来の加速度
センサ及び角速度センサである圧電ジャイロには各々次
のような問題がある。 (1)まず、図9の片持ち梁構造の加速度センサでは、
静電容量の変化に基づいて電極間距離dを計算してか
ら、加速度を求めなければならないので、演算過程が複
雑になる。 (2)図10のダイアフラム構造や図11の圧電型の加
速度センサでは、加工するのに特殊な工程を必要とする
ので、コストアップとなる。 (3)次に、図12の圧電ジャイロでは、製造上の制約
から振動子自体、数十mmの長さとなり、これにさらに、
駆動電源部及び信号処理部を設ける必要があるので、超
小型化を図るのが困難になる。
センサ及び角速度センサである圧電ジャイロには各々次
のような問題がある。 (1)まず、図9の片持ち梁構造の加速度センサでは、
静電容量の変化に基づいて電極間距離dを計算してか
ら、加速度を求めなければならないので、演算過程が複
雑になる。 (2)図10のダイアフラム構造や図11の圧電型の加
速度センサでは、加工するのに特殊な工程を必要とする
ので、コストアップとなる。 (3)次に、図12の圧電ジャイロでは、製造上の制約
から振動子自体、数十mmの長さとなり、これにさらに、
駆動電源部及び信号処理部を設ける必要があるので、超
小型化を図るのが困難になる。
【0008】本発明は以上のような問題に対処してなさ
れたもので、コストアップを伴わずにしかも複雑な演算
過程を不要にした簡単な構造の加速度センサ及び超小型
化を図るようにした角速度センサを提供することを目的
とするものである。
れたもので、コストアップを伴わずにしかも複雑な演算
過程を不要にした簡単な構造の加速度センサ及び超小型
化を図るようにした角速度センサを提供することを目的
とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1記載の本発明は、基板上の絶縁体上に一方の
電極が片持ち梁構造に支持されると共に他方の電極が基
板上に設けられた一対の電極と、一対の電極間に電界放
射が生じるように接続された電源と、電源によって一対
の電極間に流れる電流を検出する検出回路とを含み、前
記電流は一方の電極のたわみ量に対応して流れるように
構成したことを特徴とするものである。
に請求項1記載の本発明は、基板上の絶縁体上に一方の
電極が片持ち梁構造に支持されると共に他方の電極が基
板上に設けられた一対の電極と、一対の電極間に電界放
射が生じるように接続された電源と、電源によって一対
の電極間に流れる電流を検出する検出回路とを含み、前
記電流は一方の電極のたわみ量に対応して流れるように
構成したことを特徴とするものである。
【0010】請求項2記載の本発明は、片持ち梁振動子
を振動させるための駆動用圧電体素子とその片持ち梁振
動子に働く外力を検出する検出用圧電体素子とが形成さ
れた片持ち梁振動子を、同一チップ内に複数個設置した
ことを特徴とするものである。
を振動させるための駆動用圧電体素子とその片持ち梁振
動子に働く外力を検出する検出用圧電体素子とが形成さ
れた片持ち梁振動子を、同一チップ内に複数個設置した
ことを特徴とするものである。
【0011】
【作用】請求項1記載の本発明の構成によれば、一対の
電極間に電源を接続して流れる電流を検出回路によって
検出することにより、一方の電極がたわむとこのたわみ
量に対応した電流が検出回路によって検出する。これに
よって電流の変化を観察することで直ちに加速度を求め
ることができる。
電極間に電源を接続して流れる電流を検出回路によって
検出することにより、一方の電極がたわむとこのたわみ
量に対応した電流が検出回路によって検出する。これに
よって電流の変化を観察することで直ちに加速度を求め
ることができる。
【0012】請求項2記載の本発明の構成によれば、片
持ち梁振動子を振動させるための駆動用圧電体素子とそ
の片持ち梁振動子に働く外力を検出する検出用圧電体素
子とが形成された片持ち梁振動子を、同一チップ内に複
数個設置して、駆動用圧電体素子によって振動させて生
じたコリオリ力に対応した角速度を検出用圧電体素子に
より検出する。
持ち梁振動子を振動させるための駆動用圧電体素子とそ
の片持ち梁振動子に働く外力を検出する検出用圧電体素
子とが形成された片持ち梁振動子を、同一チップ内に複
数個設置して、駆動用圧電体素子によって振動させて生
じたコリオリ力に対応した角速度を検出用圧電体素子に
より検出する。
【0013】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。図1は本発明の加速度センサの実施例を示す断面図
で、1はシリコン基板でこの基板1上にはPSG(Phos
pho-Silicate-Glass)やSiO2(二酸化シリコン)な
どがCVD(Chemical-Vapor-Deposition)法やスパッ
タ法などで形成されてなる絶縁体15が設けられてい
る。3はリンがドープされた多結晶シリコンなどからな
る上部電極で、絶縁体15上に片持ち梁構造に支持さ
れ、この上部電極3は機械的な力を受けたときこの力の
大きさに対応して容易にたわむ性質を有している。
る。図1は本発明の加速度センサの実施例を示す断面図
で、1はシリコン基板でこの基板1上にはPSG(Phos
pho-Silicate-Glass)やSiO2(二酸化シリコン)な
どがCVD(Chemical-Vapor-Deposition)法やスパッ
タ法などで形成されてなる絶縁体15が設けられてい
る。3はリンがドープされた多結晶シリコンなどからな
る上部電極で、絶縁体15上に片持ち梁構造に支持さ
れ、この上部電極3は機械的な力を受けたときこの力の
大きさに対応して容易にたわむ性質を有している。
【0014】2はMo、Wなどからなる下部電極で、上
部電極3とを組合わされて一対の電極を構成し、この一
対の電極2,3間には抵抗Rを介して電源Eが接続され
る。基板1、絶縁体15、上部電極3、下部電極2から
構成される本実施例の加速度センサは微小真空素子の面
からみると、陰極に相当する上部電極3と陽極に相当す
る下部電極2とからなる2極管としてみることができ
る。
部電極3とを組合わされて一対の電極を構成し、この一
対の電極2,3間には抵抗Rを介して電源Eが接続され
る。基板1、絶縁体15、上部電極3、下部電極2から
構成される本実施例の加速度センサは微小真空素子の面
からみると、陰極に相当する上部電極3と陽極に相当す
る下部電極2とからなる2極管としてみることができ
る。
【0015】一対の電極2,3間に接続した電源Eによ
って、多結晶シリコンからなる上部電極3(陰極)の先
端の電界強度がある程度以上になると、電界放射が生じ
てこれに基づいた電流Iが次式のように流れる。 I=(E−V)/R 但し、V:抵抗Rの端子電圧 この電界放射電流特性は上部電極3の電界強度によって
変化する。一方、電界強度は電源Eによる電圧以外にも
各電極2,3間の距離に応じても変化するので、機械的
な力を受けて上部電極3がたわむとこれと下部電極2と
の電極間距離が変化することによって、電界強度が変化
するため電界放射電流特性は変化する。
って、多結晶シリコンからなる上部電極3(陰極)の先
端の電界強度がある程度以上になると、電界放射が生じ
てこれに基づいた電流Iが次式のように流れる。 I=(E−V)/R 但し、V:抵抗Rの端子電圧 この電界放射電流特性は上部電極3の電界強度によって
変化する。一方、電界強度は電源Eによる電圧以外にも
各電極2,3間の距離に応じても変化するので、機械的
な力を受けて上部電極3がたわむとこれと下部電極2と
の電極間距離が変化することによって、電界強度が変化
するため電界放射電流特性は変化する。
【0016】この結果、各電極2,3間に電源Eによっ
て常に電界放射が生じる温度の一定電圧を加えておき、
その電界放射電流特性を測定することにより、外部から
加わった機械的な力、すなわち加速度の検出が可能とな
る。
て常に電界放射が生じる温度の一定電圧を加えておき、
その電界放射電流特性を測定することにより、外部から
加わった機械的な力、すなわち加速度の検出が可能とな
る。
【0017】次に本実施例の加速度センサの製造方法を
工程順に説明する。まず、図2に示すように、シリコン
基板1を用いてこの上に前記したようなPSGやSiO
2などからなる絶縁体15を、CVD法やスパッタ法な
どによって形成する。次に、絶縁体15上に上部電極と
なるリンをドープした多結晶シリコン層16をCVD法
によって形成し、さらにこの上にフォトレジスト17を
塗布する。続いて、このフォトレジスト17をマスクと
して不要な多結晶シリコン層16(破線部)をフォトエ
ッチングして除去することにより、上部電極3を形成す
る。
工程順に説明する。まず、図2に示すように、シリコン
基板1を用いてこの上に前記したようなPSGやSiO
2などからなる絶縁体15を、CVD法やスパッタ法な
どによって形成する。次に、絶縁体15上に上部電極と
なるリンをドープした多結晶シリコン層16をCVD法
によって形成し、さらにこの上にフォトレジスト17を
塗布する。続いて、このフォトレジスト17をマスクと
して不要な多結晶シリコン層16(破線部)をフォトエ
ッチングして除去することにより、上部電極3を形成す
る。
【0018】次に、図3に示すように、フォトレジスト
17をマスクとしてフッ酸溶液で上部電極3下の絶縁体
15をフォトエッチングする。このとき過度のエッチン
グを行うことにより、絶縁体15はアンダーカットさ
れ、上部電極3の片持ち梁構造が形成される。続いて、
図4に示すように、フォトレジスト17をマスクとして
上方からMo、Wなどの金属層18を蒸着法によって形
成する。このとき上部電極3はフォトレジスト17によ
り覆われているので、金属層18は付着しない。次に、
図5に示すように、フォトレジスト17を不要な金属層
18と共に除去することにより、基板1上のみに金属層
を残すことによって下部電極2が形成されて、本実施例
の加速度センサが得られる。
17をマスクとしてフッ酸溶液で上部電極3下の絶縁体
15をフォトエッチングする。このとき過度のエッチン
グを行うことにより、絶縁体15はアンダーカットさ
れ、上部電極3の片持ち梁構造が形成される。続いて、
図4に示すように、フォトレジスト17をマスクとして
上方からMo、Wなどの金属層18を蒸着法によって形
成する。このとき上部電極3はフォトレジスト17によ
り覆われているので、金属層18は付着しない。次に、
図5に示すように、フォトレジスト17を不要な金属層
18と共に除去することにより、基板1上のみに金属層
を残すことによって下部電極2が形成されて、本実施例
の加速度センサが得られる。
【0019】このような本実施例によれば、次のような
効果が得られる。 (1)一対の電極2,3に電源Eによって常に電界放射
が生じる程度の一定電圧を加えた状態で、機械的な力が
加わったとき上部電極3をたわませてこのたわみ量に対
応した電流を検出することによって直ちに加速度を求め
ることができるので、従来のような複雑な演算過程を不
要にすることができる。 (2)片持ち梁構造を通常の半導体工業で用いられてい
るフォトリソグラフィ技術や薄膜形成技術によって形成
でき、従来のような特殊な工程は不要なので、コストア
ップを伴うことがない。
効果が得られる。 (1)一対の電極2,3に電源Eによって常に電界放射
が生じる程度の一定電圧を加えた状態で、機械的な力が
加わったとき上部電極3をたわませてこのたわみ量に対
応した電流を検出することによって直ちに加速度を求め
ることができるので、従来のような複雑な演算過程を不
要にすることができる。 (2)片持ち梁構造を通常の半導体工業で用いられてい
るフォトリソグラフィ技術や薄膜形成技術によって形成
でき、従来のような特殊な工程は不要なので、コストア
ップを伴うことがない。
【0020】図6は本発明の角速度センサの実施例を示
す斜視図で、圧電ジャイロに適用した例を示している。
21はチップを構成するシリコン基板、22はこのシリ
コン基板21上に形成された駆動電源部、23はそのシ
リコン基板21上に形成された信号処理部である。A、
A1はシリコン基板21上に形成された片持ち梁構造の
圧電センサで、回転軸(z軸)を中心軸とする回転に対
してコリオリ力を受けてねじり振動する。B、B1は各
圧電センサA、A1に直交するようにシリコン基板21
上に形成された片持ち梁構造の圧電センサで、回転軸
(z軸)を中心軸とする回転に対してねじり振動となら
ず、振幅だけが変化する。各圧電センサA1、B1は各
圧電センサA、Bと位相差をもって振動する。x,y,
z,ωは図12と同一の意味を表わしている。
す斜視図で、圧電ジャイロに適用した例を示している。
21はチップを構成するシリコン基板、22はこのシリ
コン基板21上に形成された駆動電源部、23はそのシ
リコン基板21上に形成された信号処理部である。A、
A1はシリコン基板21上に形成された片持ち梁構造の
圧電センサで、回転軸(z軸)を中心軸とする回転に対
してコリオリ力を受けてねじり振動する。B、B1は各
圧電センサA、A1に直交するようにシリコン基板21
上に形成された片持ち梁構造の圧電センサで、回転軸
(z軸)を中心軸とする回転に対してねじり振動となら
ず、振幅だけが変化する。各圧電センサA1、B1は各
圧電センサA、Bと位相差をもって振動する。x,y,
z,ωは図12と同一の意味を表わしている。
【0021】図7は図6の圧電ジャイロにおける一つの
片持ち梁構造の圧電センサの概略を示す斜視図で、C
1,C2,C3は後述のようなPt/PZT/Ptキャ
パシタを示し、Pは駆動,信号検出用パッドを示してい
る。図8は片持ち梁構造の製造工程を示している。この
片持ち梁構造は周知のリフトオフ法を利用して形成す
る。
片持ち梁構造の圧電センサの概略を示す斜視図で、C
1,C2,C3は後述のようなPt/PZT/Ptキャ
パシタを示し、Pは駆動,信号検出用パッドを示してい
る。図8は片持ち梁構造の製造工程を示している。この
片持ち梁構造は周知のリフトオフ法を利用して形成す
る。
【0022】まず、工程Aで、シリコン基板21上にS
iO225を形成した後、犠牲層となるポリシリコン1
・25を形成する。この方法は例えば予め全面にポリシ
リコン1を周知のスパッタ法等で形成した後、フォトエ
ッチング法で不要部分を除去して形成する。次に、工程
Bで、このポリシリコン1・25の上にポリシリコン2
・26を形成し、この周囲をSiO227で覆う。この
形成方法は周知の技術を利用することにより、容易に形
成することができる。続いて、工程Cで、ポリシリコン
2・27の上にPt/PZT/PtキャパシタC1、C
2、C3を形成する。これは、順次Pt29、PZT3
0、Pt31を周知の技術で形成した後、全体をPSG
32で覆うことによって形成する。圧電体としてのPZ
Tはゾル−ゲル法によって形成する。次に、ポリシリコ
ン1・26をエチレンジアミンピロカテコール水溶液で
エッチングして除去することにより、リフトオフ法によ
って片持ち梁構造が完成する。C1は駆動源圧電体キャ
パシタとして動作し、C2、C3は外力(コリオリ力)
検出用圧電体キャパシタとして動作する。このような製
造方法によれば、図6の圧電ジャイロをIC技術によっ
て、一つのシリコン基板21上に形成することができ
る。
iO225を形成した後、犠牲層となるポリシリコン1
・25を形成する。この方法は例えば予め全面にポリシ
リコン1を周知のスパッタ法等で形成した後、フォトエ
ッチング法で不要部分を除去して形成する。次に、工程
Bで、このポリシリコン1・25の上にポリシリコン2
・26を形成し、この周囲をSiO227で覆う。この
形成方法は周知の技術を利用することにより、容易に形
成することができる。続いて、工程Cで、ポリシリコン
2・27の上にPt/PZT/PtキャパシタC1、C
2、C3を形成する。これは、順次Pt29、PZT3
0、Pt31を周知の技術で形成した後、全体をPSG
32で覆うことによって形成する。圧電体としてのPZ
Tはゾル−ゲル法によって形成する。次に、ポリシリコ
ン1・26をエチレンジアミンピロカテコール水溶液で
エッチングして除去することにより、リフトオフ法によ
って片持ち梁構造が完成する。C1は駆動源圧電体キャ
パシタとして動作し、C2、C3は外力(コリオリ力)
検出用圧電体キャパシタとして動作する。このような製
造方法によれば、図6の圧電ジャイロをIC技術によっ
て、一つのシリコン基板21上に形成することができ
る。
【0023】図6及び図7において、回転軸(z軸)ま
わりに角速度ωで回転した場合を考える。駆動電圧によ
りx軸方向に振動させている片持ち梁構造の圧電センサ
Aでは、z軸まわりの角速度ωの回転によってコリオリ
力Fがy軸方向に働き、片持ち梁はねじれ振動になる。
ここで、コリオリ力Fは次式のように示される。 F=2mvω このため、圧電体キャパシタC1あるいはC2に発生す
る電圧vは無回転時より大きくなる。このとき、圧電セ
ンサAと直角に位置する圧電センサB(x軸方向に振動
させている)には、圧電センサAのようなコリオリ力は
働かない(ねじれ振動にならない)。しかし、圧電セン
サBの圧電体キャパシタC2あるいはC3に発生する電
圧は無回転時と比べて変化する。
わりに角速度ωで回転した場合を考える。駆動電圧によ
りx軸方向に振動させている片持ち梁構造の圧電センサ
Aでは、z軸まわりの角速度ωの回転によってコリオリ
力Fがy軸方向に働き、片持ち梁はねじれ振動になる。
ここで、コリオリ力Fは次式のように示される。 F=2mvω このため、圧電体キャパシタC1あるいはC2に発生す
る電圧vは無回転時より大きくなる。このとき、圧電セ
ンサAと直角に位置する圧電センサB(x軸方向に振動
させている)には、圧電センサAのようなコリオリ力は
働かない(ねじれ振動にならない)。しかし、圧電セン
サBの圧電体キャパシタC2あるいはC3に発生する電
圧は無回転時と比べて変化する。
【0024】ここで、圧電センサBとB1を互いに位相
の異なる駆動電圧で振動させた場合、z軸まわりに回転
の左、右に対応して、同一時間におけるB、B1の振動
振幅が異なってくる。このため、圧電センサB、B1の
検出用圧電体キャパシタC2あるいはC3の出力電圧の
差分をとることにより、z軸まわりの回転方向が検出で
きるようになる。このように、z軸まわりの回転を考え
た場合、圧電センサAによって角速度が検出でき、圧電
センサB、B1によって回転方向が検出できる。
の異なる駆動電圧で振動させた場合、z軸まわりに回転
の左、右に対応して、同一時間におけるB、B1の振動
振幅が異なってくる。このため、圧電センサB、B1の
検出用圧電体キャパシタC2あるいはC3の出力電圧の
差分をとることにより、z軸まわりの回転方向が検出で
きるようになる。このように、z軸まわりの回転を考え
た場合、圧電センサAによって角速度が検出でき、圧電
センサB、B1によって回転方向が検出できる。
【0025】このように本実施例によれば、IC技術を
利用することにより一つのシリコン基板21内に、コリ
オリ力検出用圧電体キャパシタC2、C3、駆動源圧電
体キャパシタC1と共に、駆動電源部22及び信号処理
部23を形成するようにしたので、角速度センサとして
動作する圧電ジャイロの超小型化を図ることができる。
しかも、IC化により量産化が可能になるので、コスト
ダウンも図ることができる。
利用することにより一つのシリコン基板21内に、コリ
オリ力検出用圧電体キャパシタC2、C3、駆動源圧電
体キャパシタC1と共に、駆動電源部22及び信号処理
部23を形成するようにしたので、角速度センサとして
動作する圧電ジャイロの超小型化を図ることができる。
しかも、IC化により量産化が可能になるので、コスト
ダウンも図ることができる。
【0026】
【発明の効果】以上述べたように、請求項1記載の本発
明によれば、特殊な工程によることなく力が加わったと
き電極をたわませて、このたわみ量に対応した電流を検
出して直ちに加速度を求めるようにしたので、簡単な構
造の加速度センサを提供できるため、コストアップを伴
わずにかつ複雑な演算過程を不要にすることができる。
請求項2記載の本発明によれば、駆動電源部及び信号処
理部を一の基板内に形成できるので、超小型化を図った
角速度センサを提供することができる。
明によれば、特殊な工程によることなく力が加わったと
き電極をたわませて、このたわみ量に対応した電流を検
出して直ちに加速度を求めるようにしたので、簡単な構
造の加速度センサを提供できるため、コストアップを伴
わずにかつ複雑な演算過程を不要にすることができる。
請求項2記載の本発明によれば、駆動電源部及び信号処
理部を一の基板内に形成できるので、超小型化を図った
角速度センサを提供することができる。
【図1】本発明の加速度センサの実施例を示す断面図で
ある。
ある。
【図2】本実施例の加速度センサの製造工程を示す断面
図である。
図である。
【図3】本実施例の加速度センサの他の製造工程を示す
断面図である。
断面図である。
【図4】本実施例の加速度センサのその他の製造工程を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図5】本実施例の加速度センサのその他の製造工程を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図6】本発明の角速度センサの実施例を示す斜視図で
ある。
ある。
【図7】本実施例の角速度センサの一つの片持ち梁構造
の圧電センサの概略を示す斜視図である。
の圧電センサの概略を示す斜視図である。
【図8】本実施例の角度センサの製造工程を示す断面図
である。
である。
【図9】従来の加速度センサを示す断面図である。
【図10】従来の他の加速度センサを示す斜視図であ
る。
る。
【図11】従来のその他の加速度センサを示す斜視図で
ある。
ある。
【図12】従来の角速度センサの基本原理を示す概略図
である。
である。
1,21 基板 2 下部電極 3 上部電極 15 絶縁体 17 フォトレジスト 22 駆動電源部 23 信号処理部 25 ポリシリコン1 26 ポリシリコン2 29,31 Pt 30 PZT A,A1,B,B1 片持ち梁構造の圧電体センサ C1 駆動源圧電体キャパシタ C2,C3 検出用圧電体キャパシタ
Claims (2)
- 【請求項1】 基板上の絶縁体上に一方の電極が片持ち
梁構造に支持されると共に他方の電極が基板上に設けら
れた一対の電極と、一対の電極間に電界放射が生じるよ
うに接続された電源と、電源によって一対の電極間に流
れる電流を検出する検出回路とを含み、前記電流は一方
の電極のたわみ量に対応して流れるように構成したこと
を特徴とする加速度センサ。 - 【請求項2】 片持ち梁振動子を振動させるための駆動
用圧電体素子とその片持ち梁振動子に働く外力を検出す
る検出用圧電体素子とが形成された片持ち梁振動子を、
同一チップ内に複数個設置したことを特徴とする角速度
センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5255019A JPH06235733A (ja) | 1992-12-14 | 1993-09-17 | 加速度センサ及び角速度センサ |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4-353485 | 1992-12-14 | ||
JP35348592 | 1992-12-14 | ||
JP5255019A JPH06235733A (ja) | 1992-12-14 | 1993-09-17 | 加速度センサ及び角速度センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06235733A true JPH06235733A (ja) | 1994-08-23 |
Family
ID=26541976
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5255019A Pending JPH06235733A (ja) | 1992-12-14 | 1993-09-17 | 加速度センサ及び角速度センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06235733A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002022445A (ja) * | 2000-07-03 | 2002-01-23 | Yoshiro Tomikawa | 運動センサ |
JP2012212134A (ja) * | 2011-03-24 | 2012-11-01 | Yamaha Corp | 楽器用振動センサ、ピックアップサドルおよび楽器 |
-
1993
- 1993-09-17 JP JP5255019A patent/JPH06235733A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002022445A (ja) * | 2000-07-03 | 2002-01-23 | Yoshiro Tomikawa | 運動センサ |
JP2012212134A (ja) * | 2011-03-24 | 2012-11-01 | Yamaha Corp | 楽器用振動センサ、ピックアップサドルおよび楽器 |
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